مراحل مختلفی در حفظ موفقیت آمیز سلول ها بوسیله نیتروژن مایع وجود دارد. در حالی که اصل اساسی انجماد آهسته است، روش دقیق به کار گرفته شده به نوع سلول و محافظ سرمای مورد استفاده بستگی دارد. چندین ملاحظات ایمنی و بهترین شیوه ها وجود دارد که باید در هنگام ذخیره سازی سلول ها در چنین دماهای پایینی در نظر گرفته شود.
نیتروژن گازی حیاتی اما پرمخاطره
نیتروژن با سهم ۷۸ درصدی، اصلی‌ترین جزء جو زمین است. این گاز بی رنگ، بی بو، بی مزه و غیرقابل اشتعال است، نیتروژن در -320 درجه فارنهایت (۱۹۶- درجه سلسیوس) می جوشد. بنابراین نیتروژن مایع بسیار سرد است. تماس می تواند باعث یخ زدگی شدید شود و ممکن است برخی مواد را منجمد و خرد کند. وقتی تبخیر می شود، 700 برابر منبسط می شود. انبساط سریع نیتروژن در فضای محدود می‌تواند به افزایش فشار و ترکیدن مخازن منجر شود. مهمتر از آن، نیتروژن گازی ممکن است اکسیژن را در فضاهای بسته، محدود یا با تهویه ضعیف جابجا کند و خطر خفگی را ایجاد کند. در ترکیب با خواص بی رنگ، بی بو و بی مزه آن ، ممکن است متوجه نشوید که به دام مرگ می روید. این گاز بی‌رنگ، بی‌بو و بی‌مزه، ویژگی‌های منحصر به‌فردی دارد که آن را هم کاربردی و هم بالقوه خطرناک می‌کند.
نیتروژن مایع به نمونه های بیولوژیکی اجازه می دهد تا در دماهای پایین 196- درجه سانتیگراد نگهداری شوند، که بسیار کمتر از نقطه ای است که در آن هر گونه فعالیت بیوشیمیایی رخ دهد. این سرمای شدید فرآیندهای متابولیک را متوقف کرده و از تشکیل کریستال یخ (که میتوانند سبب آسیب به سلول ها شود، ) جلوگیری می کند. توانایی نیتروژن مایع برای دستیابی و حفظ این دماها، آن را برای انجماد نمونه های ظریف مانند سلول های بنیادی ضروری می کند، جایی که حفظ بقای سلول برای تحقیقات آینده یا کاربردهای درمانی بسیار مهم است.
کاربردهای نیتروژن مایع در انجماد سلول های بنیادی
سلول‌های بنیادی به طور فزاینده‌ای در پزشکی احیاکننده، آزمایش‌های دارویی و تحقیقات بیماری‌ها استفاده می‌شوند و حفظ آنها ضروری است. نیتروژن مایع به ویژه برای نگه داشتن این سلول ها در حالت خاموش تا زمان نیاز، بدون به خطر انداختن قدرت یا پتانسیل تمایز آنها مفید است.
در زیر برخی از کاربردهای کلیدی سلول های بنیادی، از جمله استفاده در درمان های سلولی ( CAR-T)، که نیتروژن مایع نقش مهمی ایفا می کند، آورده شده است:
1- سلول درمانی( CAR-T )
سلول T گیرنده آنتی ژن کایمریک که برای درمان برخی سرطان ها، به ویژه سرطان های خون مانند لوسمی و لنفوم استفاده می شود. این شامل اصلاح سلول های T بیمار برای هدف قرار دادن و کشتن سلول های سرطانی است. سلول‌های بنیادی، به‌ویژه سلول‌های بنیادی خونساز (HSCs)، اغلب در این فرآیند درگیر هستند، چه در جمع‌آوری سلول‌ها برای اصلاح یا به عنوان بخشی از پیوند سلول‌های بنیادی برای ایجاد مجدد سیستم ایمنی بیمار پس از درمان.
نقش نیترژن مایع: هم سلول‌های CAR-T اصلاح‌شده و هم HSCs جمع‌آوری‌شده برای پیوند نیاز به نگهداری طولانی‌مدت دارند، جایی که ذخیره‌سازی نیتروژن مایع ضروری میشود. سلول های CAR-T اغلب پس از ساخت اما قبل از تزریق به بیمار، انجماد می شوند. نیتروژن مایع تضمین می کند که سلول های درمانی زنده می مانند و قدرت و عملکرد خود را حفظ می کنند، که برای موفقیت درمان بسیار مهم است.
2- سلول های بنیادی پرتوان القایی (iPSCs) در کشف دارو
بررسی اجمالی: سلول های بنیادی پرتوان القایی (iPSCs) از سلول های بالغ دوباره برنامه ریزی می شوند و پتانسیل تمایز به هر نوع سلولی را دارند. آنها به طور گسترده در کشف دارو، مدل سازی بیماری و پزشکی شخصی استفاده می شوند. iPSC ها منبع تجدیدپذیر سلول های خاص بیمار را برای آزمایش اثربخشی و سمیت دارو در یک محیط کنترل شده ارائه می دهند.
نقش نیتروژن مایع: iPSCs ها باید در دماهای بسیار پایین ذخیره شوند تا قدرت و ظرفیت تمایز خود را حفظ کنند. ذخیره سازی نیتروژن مایع تضمین می کند که این سلول ها می توانند درازمدت ذخیره شوند و بر حسب تقاضا برای آزمایش داروها یا انجام تحقیقات بیماری مورد استفاده قرار گیرند.
3- سلول های بنیادی برای پزشکی بازساختی
بررسی اجمالی: سلول های بنیادی مزانشیمی (MSCs) به دلیل توانایی آنها در تمایز به انواع مختلف سلول مانند استخوان، غضروف و سلول های ماهیچه ای به طور گسترده در پزشکی احیا کننده استفاده می شود. سلول های بنیادی مزانشیمی برای درمان بیماری هایی مانند استئوآرتریت، آسیب های نخاعی و بیماری های قلبی در حال بررسی هستند.
نقش نیتروژن مایع: برای اطمینان از عرضه ثابت و با کیفیت MSCها برای استفاده تحقیقاتی و درمانی، ذخیره نیتروژن مایع ضروری است. این امکان حفظ بانک های سلولی بزرگ را فراهم می کند که در صورت نیاز می توان به آنها دسترسی پیدا کرد و تضمین می کند که سلول ها خواص درمانی خود را در دوره های طولانی حفظ می کنند.
4- درمان با سلول های بنیادی در اختلالات عصبی s
بررسی اجمالی: سلول های بنیادی عصبی (NSCs) برای درمان اختلالات عصبی مانند بیماری پارکینسون، آلزایمر و آسیب های نخاعی در حال بررسی هستند. NSC ها پتانسیل تمایز به نورون ها و سلول های گلیال را دارند که آنها را برای ترمیم بافت عصبی آسیب دیده امیدوار می کند.
نقش نیتروژن مایع:NSCباید در نیتروژن مایع ذخیره شوند تا توانایی خود را برای تمایز به سلول های عصبی عملکردی حفظ کنند. مانند سایر سلول های بنیادی، دمای بسیار پایین ارائه شده توسط نیتروژن مایع از تخریب جلوگیری می کند و پتانسیل درمانی آنها را برای کاربردهای بالینی حفظ می کند.
5- پیوند سلول های بنیادی خونساز (HSCT)
بررسی اجمالی: HSCT یک درمان رایج برای اختلالات خونی مانند لوسمی، لنفوم و مولتیپل میلوما است. این شامل پیوند سلول های بنیادی خونساز سالم برای بازسازی خون و سیستم ایمنی بیمار پس از شیمی درمانی یا پرتودرمانی با دوز بالا است.
نقش نیتروژن مایع: سلول های بنیادی جمع آوری شده معمولاً در نیتروژن مایع برای نگهداری طولانی مدت تا زمانی که بیمار آماده دریافت پیوند شود، انجماد می شوند. نیتروژن مایع تضمین می کند که سلول های بنیادی توانایی خود را برای پیوند و تکثیر در بدن بیمار حفظ می کنند، که برای موفقیت درمان ضروری است.
6- بانکداری سلول های بنیادی برای پزشکی شخصی
بررسی اجمالی: پزشکی شخصی یک زمینه نوظهور است که در آن سلول های خود بیمار، از جمله سلول های بنیادی، برای توسعه درمان های سفارشی استفاده می شود. این ممکن است شامل ذخیره سازی سلول های بنیادی از مغز استخوان، خون بند ناف یا بافت چربی بیمار برای استفاده در آینده در درمان بیماری یا درمان های ترمیمی باشد.
نقش نیتروژن مایع: بانک های سلول های بنیادی به ذخیره سازی نیتروژن مایع متکی هستند تا سلول ها را برای سال ها یا حتی دهه ها زنده نگه دارند. این تضمین می‌کند که وقتی بیماران به سلول‌های بنیادی خود برای درمان نیاز دارند، نمونه‌ها همچنان عملکردی هستند و می‌توان از آنها برای ایجاد درمان‌های شخصی استفاده کرد.
7- سلول های بنیادی در ژن درمانی
بررسی اجمالی: سلول های بنیادی به طور فزاینده ای همراه با ژن درمانی برای درمان اختلالات ژنتیکی مانند کم خونی سلول داسی شکل و انواع خاصی از نقص ایمنی مورد استفاده قرار می گیرند. با اصلاح ژنتیکی سلول های بنیادی، محققان می توانند جهش های ایجاد کننده بیماری را قبل از پیوند مجدد سلول ها به بیمار اصلاح کنند.
نقش نیتروژن مایع: همانند سلول‌های CAR-T، سلول‌های بنیادی اصلاح‌شده ژنتیکی در نیتروژن مایع انجماد می‌شوند تا اطمینان حاصل شود که زنده ماندن خود را تا زمانی که آماده پیوند مجدد به بیمار شوند، حفظ می‌کنند. این فرآیند برای موفقیت ژن درمانی بسیار مهم است، زیرا سلول ها باید توانایی خود را برای تقسیم و تولید بافت سالم حفظ کنند.
نحوه نگهداری سلول های بنیادی در نیروژن مایع
انجماد فرآیندی است که سلول ها و سایر ساختارهای بیولوژیکی را با سرد کردن آنها تا دمای بسیار پایین حفظ می کند. سلول ها را می توان سال ها در نیتروژن مایع ذخیره کرد. این یک طرح کلی از رویه های به کار گرفته شده است.
آماده سازی سلول:
روش دقیق آماده سازی نمونه ها بسته به نوع سلول متفاوت است، اما به طور کلی، سلول ها جمع آوری و سانتریفیوژ می شوند تا یک گلوله غنی از سلول ایجاد شود. سپس این گلوله در مایع رویی مخلوط با انجماد یا یک محیط انجماد معلق می شود.
محیط انجماد:
این محیط برای حفظ سلول‌ها در محیط‌هایی با دمای پایین استفاده میشود که با مهار و عدم تشکیل کریستال‌های درونی و برون سلولی، از مرگ سلولی، جلوگیری مینماید. نقش آنها فراهم کردن یک محیط امن و محافظ برای سلول ها و بافت ها در طول فرآیندهای انجماد، ذخیره سازی و ذوب است.
نرخ انجماد کنترل شده:
به طور کلی، یک نرخ انجماد کنترل شده آهسته برای انجماد موفق سلول ها استفاده می شود.
پس از اینکه نمونه ها در ویال های برودتی تقسیم شدند، آنها را روی یخ مرطوب یا در یخچال 4 درجه سانتیگراد قرار داده و ظرف 5 دقیقه فرآیند انجماد آغاز می شود. به عنوان یک راهنمای کلی، سلول ها با سرعت -1 تا -3 در دقیقه خنک می شوند. این امر با استفاده از یک خنک کننده قابل برنامه ریزی یا با قرار دادن ویال ها در یک جعبه عایق که در فریزر با نرخ کنترل شده 70- تا 90- درجه سانتیگراد قرار داده می شود به دست می آید.
انتقال به نیتروژن مایع:
سپس ویال‌های برودتی منجمد به یک مخزن نیتروژن مایع برای دوره‌های نامحدود منتقل می‌شوند، به شرط اینکه دمای کمتر از -135 درجه سانتیگراد حفظ شود.این دماهای بسیار پایین را می توان با غوطه وری در نیتروژن فاز مایع یا بخار به دست آورد.
نیتروژن مایع فراتر از سلول های بنیادی
نیتروژن مایع فقط برای سلول های بنیادی نیست. این نقش اساسی در حفظ طیف وسیعی از نمونه های بیولوژیکی ایفا می کند:
- جنین و تخمک: ذخیره نیتروژن مایع به طور گسترده در کلینیک های باروری برای حفظ جنین و تخمک برای لانه گزینی در آینده استفاده می شود.
- اسپرم: انجماد اسپرم با استفاده از نیتروژن مایع یک روش معمول در درمان های باروری است که امکان ذخیره طولانی مدت برای اهدا یا استفاده شخصی را فراهم می کند.
- بافت ها و اندام ها: آزمایشگاه های تحقیقاتی از نیتروژن مایع برای ذخیره نمونه های بافت و قطعات کوچک اندام برای تجزیه و تحلیل یا پیوند در آینده استفاده می کنند.
اقدامات احتیاطی ایمنی
نیتروژن مایع در تحقیقات مدرن رایج شده است اما در صورت استفاده نادرست خطر آسیب جدی را به همراه دارد.
تجهیزات حفاظت فردی مناسب (PPE) باید برای به حداقل رساندن خطر سرمازدگی، سوختگی و سایر حوادث نامطلوب هنگام کار با نیتروژن مایع استفاده شود.
- دستکش برودتی
- روپوش آزمایشگاهی
- محافظ تمام صورت مقاوم در برابر ضربه که گردن را نیز می پوشاند
- کفش های پنجه بسته
- پیش بند پلاستیکی ضد پاشش
یخچال های نیتروژن مایع باید در مکان هایی با تهویه مناسب قرار داده شوند تا خطر خفگی به حداقل برسد – نیتروژن فرار بوده و سریع تبخیر میشود و اکسیژن اتمسفر را جابجا می کند. انبارهای بزرگ باید دارای سیستم هشدار اکسیژن کم باشند.
| بیشتر بخوانید: نیتروژن مایع | 
|
تضمین موفقیت در انجماد
در حالی که نیتروژن مایع مزایای بی نظیری در انجماد ارائه می دهد، پروتکل های مناسب باید برای اطمینان از زنده ماندن دراز مدت نمونه ها رعایت شود. این شامل استفاده از محافظ‌های سرمایی برای جلوگیری از آسیب یخ، تکنیک‌های انجماد آهسته برای جلوگیری از شوک سلولی و نظارت منظم بر سطح نیتروژن مایع برای حفظ درجه حرارت بسیار پایین است. فن آوری مورد استفاده برای حفظ دماهای بسیار پایین مانند مخازن ذخیره نیتروژن مایع و سیستم های مرتبط در تضمین زنده ماندن طولانی مدت، ایمنی و سهولت دسترسی به این نمونه ها اساسی است.
در نتیجه، نیتروژن مایع سنگ بنای انجماد است، که امکان نگهداری و محافظت از نمونه‌های بیولوژیکی را برای سال‌ها، حتی دهه‌ها، بدون به خطر انداختن یکپارچگی آنها ممکن می‌سازد. چه در حفظ سلول های بنیادی برای کاربردهای درمانی آینده و چه برای محافظت از باروری، نیتروژن مایع نقشی حیاتی در پیشرفت علم پزشکی ایفا می کند.
————————————————–
منابع: