Сибирские учёные изучили фазовое состояние липидов в замораживаемых преимплантационных эмбрионах

Новости

Исследуя процессы замораживания эмбрионов ранних стадий, сотрудники Института автоматики и электрометрии СО РАН и ФИЦ Института цитологии и генетики СО РАН изучили, как меняется фазовое состояние липидов преимплантационных эмбрионов мыши, замораживаемых при криоконсервации. 

Криоконсервация – технология сохранения биологических объектов путём их охлаждения до криогенных температур. Этот подход, в частности, используется в задачах сохранения генетического материала. Семя, яйцеклетки и преимплантационные эмбрионы замораживаются с целью сохранения линий лабораторных животных, племенных пород скота, а также генетического материала вымирающих видов животных. 

При криоконсервации очень важно, чтобы биологический материал не был повреждён на этапах замораживания и последующего отогрева. Процедуры замораживания и размораживания клеток проводятся по протоколам, обеспечивающим высокой процент выживания клеток после размораживания с учётом видовых особенностей. В настоящее время далеко не для всех видов животных разработаны соответствующие протоколы криоконсервации. Ситуация осложняется тем, что разработка этих протоколов, как правило, проводится эмпирическим путём. Такой подход к развитию методов криоконсервации оказывается особенно затруднителен в условиях ограниченного количества доступного материала. Для увеличения эффективности протоколов замораживания и отогрева необходимо расширять знания о том, что происходит с клетками при замораживании. 

Особую роль при описании состояния замораживаемой клетки играют биофизические факторы, лежащие в основе нормальной работы клетки в физиологических условиях. Одним из таких факторов, нуждающимся в исследовании, является фазовое состояние липидов. Фазовый переход липидов из неупорядоченного в упорядоченное состояние приводит к тому, что липидные структуры становятся более жёсткими, снижаются скорость диффузии внутри них и пропускная способность мембран клетки, нарушается работа мембранных белков. Предполагается, что последствия фазового перехода липидов зависят от того, при какой температуре он происходит. 

Для исследования фазового состояния липидов в замораживаемых клетках сотрудники ИАиЭ СО РАН и ИЦиГ СО РАН предложили использовать метод комбинационного рассеяния света (когда исследуется взаимодействие биологических веществ клетки и лазерного излучения) и продемонстрировали на преимплантационных эмбрионах мыши возможности этого подхода. Предложенный метод является бесконтактным и может быть использован без вмешательства в процесс замораживания клеток. Суть метода заключается в изучении эволюции линий комбинационного рассеяния света, относящихся к колебаниям СH2-групп (которые входят в состав липидов). При фазовом переходе липидов в упорядоченное состояние происходит изменение соотношения между интенсивностями этих линий. 

Сибирскими учёными впервые на живых эмбрионах изучено фазовое состояние липидных структур в широком температурном диапазоне от -120 до +10 ?С. Установлено, что в замораживаемых эмбрионах мыши фазовый переход липидов происходит в интервале температур от - 7 до 0 ?С. При температурах ниже фазового перехода свойства липидных структур меняются, что приводит к нарушениям биологических процессов, протекающих в эмбрионах. В случае эмбрионов мыши температура фазового перехода оказалась достаточно низкой. Существует эмпирическое правило: чем выше температура фазового перехода в клетках, тем клетки должны быть более чувствительны к охлаждению. Низкая температура фазового перехода в эмбрионах мыши объясняет их способность успешно переносить замораживание и отогрев при криоконсервации. 

В настоящее время уже существуют протоколы для замораживания преимплантационных эмбрионов мыши. В ИЦиГ СО РАН создан криобанк, в котором в замороженном состоянии хранятся десятки линий лабораторных мышей и крыс. Несмотря на это, даже для эмбрионов тех видов, для которых разработаны протоколы криоконсервации, многие биофизические аспекты замораживания остаются слабо изученными. Разработанный подход для исследования фазовых переходов липидов в одиночных клетках позволит лучше разобраться в этих процессах и будет применяться в дальнейшем при изучении фазовых переходов при замораживании других, более редких и актуальных образцов. Полученные данные о фазовом переходе в эмбрионах мыши позволят провести сравнение характеристик фазовых переходов липидов в яйцеклетках и эмбрионах, которые успешно переносят замораживание, и тех, для которых криоконсервация сейчас проблематична.

Дата публикации: 26.12.2017 12:42
Дата последнего изменения: 26.12.2017 12:42