क्रायोप्रिजर्वेशन

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क्रायोजेनिक रूप से संरक्षित नमूने तरल नाइट्रोजन के क्रायोजेनिक भंडारण देवर से निकाले जा रहे हैं

निम्नताप परिरक्षण या क्रायोसंरक्षण एक ऐसी प्रक्रिया है जहां जैविक पदार्थ - कोशिका, जैविक ऊतक, या अंग - समय की एक विस्तारित अवधि के लिए पदार्थ को संरक्षित करने के लिए हिमशीत हुए हैं।[1] कम तापमान पर (सामान्यतः −80 °C (−112 °F) या −196 °C (−321 °F) तरल नाइट्रोजन का उपयोग करके) किसी भी कोशिका चयापचय को प्रभावी रूप से रोक दिया जाता है जिससे जैविक पदार्थ को नुकसान हो सकता है। निम्नताप परिरक्षण जैविक नमूनों को लंबी दूरी तक ले जाने, लंबे समय तक नमूनों को संग्रहीत करने और उपयोगकर्ताओं के लिए नमूनों का एक अधिकोष बनाने का एक प्रभावी तरीका है। अणु, जिसे हिमरक्षी (सीपीए) कहा जाता है, परासरणी प्रघात और शारीरिक तनाव को कम करने के लिए जोड़ा जाता है कोशिकाएं ठंड की प्रक्रिया से गुजरती हैं।[2] अनुसंधान में उपयोग किए जाने वाले कुछ क्रायोप्रोटेक्टिव एजेंट प्रकृति में पौधों और जानवरों से प्रेरित होते हैं जिनमें कठोर सर्दियों में जीवित रहने के लिए अद्वितीय ठंड सहनशीलता होती है, जिनमें सम्मिलित हैं: पेड़,[3][4] लकड़ी मेंढक,[5] और टार्डिग्रेड्स।[6]

प्राकृतिक निम्नताप परिरक्षण

टार्डिग्रेड्स, सूक्ष्म बहुकोशिकीय जीव, अपने अधिकांश आंतरिक पानी को ट्रिहेलोस नामक चीनी के साथ बदलकर ठंड से बच सकते हैं, इसे क्रिस्टलीकरण से रोकते हैं जो अन्यथा कोशिका झिल्ली को नुकसान पहुंचाते हैं। विलेय का मिश्रण समान प्रभाव प्राप्त कर सकता है। नमक सहित कुछ विलेय का नुकसान यह है कि वे तीव्र सांद्रता में विषाक्त हो सकते हैं। जल-भालू के अतिरिक्त, लकड़ी के मेंढक अपने खून और अन्य ऊतकों की ठंड को सहन कर सकते हैं। शिशिरातिजीवन की तैयारी में यूरिया ऊतकों में जमा हो जाता है, और आंतरिक बर्फ निर्माण के जवाब में लीवर ग्लाइकोजन बड़ी मात्रा में ग्लूकोज में परिवर्तित हो जाता है। यूरिया और ग्लूकोज दोनों ही बर्फ की मात्रा को सीमित करने और कोशिकाओं के परासरण संकोचन को कम करने के लिए क्रियोप्रोटेक्टेंट्स के रूप में कार्य करते हैं। सर्दियों के समय मेंढक जमने/पिघलने की कई घटनाओं से बच सकते हैं यदि शरीर के कुल पानी का लगभग 65% से अधिक नहीं जमता है। मेंढकों के हिमीकरण की परिघटना की खोज का अनुसंधान मुख्य रूप से कनाडा के शोधकर्ता डॉ. केनेथ बी. स्टोरे द्वारा किया गया है।[citation needed]

हिमीभूत होने की सहिष्णुता, जिसमें जीव ठोस जमने और जीवन के कार्यों को बंद करके सर्दियों में जीवित रहते हैं, कुछ कशेरुकियों में जाना जाता है: मेंढकों की पांच प्रजातियां ("वन मेंढक", "स्यूडैक्रिस ट्राइसेरिएटा", "हायला क्रुसिफर"), हायला वर्सीकलर, हायला क्राइसोसेलिस, सैलामैंडर में से एक (सैलामैंड्रेला कीसरलिंगी), सांपों में से एक (थम्नोफिस सिर्टलिस) और तीन कछुए (क्रिसमिस चित्र, टेरापीन कैरोलिना , टेरापीन अलंकृत )।[7]तड़क-भड़क करने वाले कछुए चेलिड्रा सर्पेंटिन और दीवार छिपकली भित्ति पोडार्किस भी नाममात्र की ठंड से बचे रहते हैं, लेकिन यह शिशिरातिजीवन के लिए अनुकूल होने के लिए प्रमाणित नहीं किये गये है। राणा सिल्वेटिका के कारक में एक क्रायोप्रिजर्वेंट साधारण ग्लूकोज होता है, जो मेंढकों को धीरे-धीरे ठंडा करने पर लगभग 19 mmol/L की सांद्रता में बढ़ जाता है।[7]

इतिहास

See also: क्रायोनिक्स § इतिहास
जैविक नमूनों की नलियों को तरल नाइट्रोजन में रखा जा रहा है

निम्नताप परिरक्षण के एक शुरुआती सिद्धांतकार जेम्स लवलॉक थे। 1953 में, उन्होंने सुझाव दिया कि ठंड के समय लाल रक्त कोशिकाओं को नुकसान परासरण तनाव के कारण होता है,[8] और यह कि निर्जलित कोशिका में नमक की सघनता बढ़ने से यह क्षतिग्रस्त हो सकता है।[9][10] 1950 के दशक के मध्य में, उन्होंने कृन्तकों के क्रायोसंरक्षण के साथ प्रयोग किया, यह निर्धारित करते हुए कि हैम्स्टर्स को बिना किसी प्रतिकूल प्रभाव के मस्तिष्क में 60% पानी के साथ बर्फ में क्रिस्टलीकृत किया जा सकता है; अन्य अंगों को क्षति के लिए अतिसंवेदनशील दिखाया गया था।[11]

निम्नताप परिरक्षण को 1954 में शुरू होने वाली मानव पदार्थ पर लागू किया गया था, जिसमें पहले से हिमशीत हुए शुक्राणु के गर्भाधान के परिणामस्वरूप तीन गर्भधारण हुए थे।[12] 1957 में क्रिस्टोफर पोल्गे द्वारा निर्देशित ब्रिटेन में वैज्ञानिकों की एक टीम द्वारा फाउल स्पर्म को हिमतापीय परिरक्षित किया गया था।[13] 1963 के समय, यू.एस. में ओक रिज राष्ट्रीय प्रयोगशाला में पीटर मजूर ने प्रदर्शित किया कि घातक अंतःकोशिकी ठंड से बचा जा सकता है यदि ठंडा करने की गति इतनी धीमी हो कि कोशिकाबाह्य तरल के प्रगतिशील ठंड के समय कोशिका को छोड़ने के लिए पर्याप्त पानी की अनुमति दी जा सके। यह दर अलग-अलग आकार और पानी की पारगम्यता की कोशिकाओं के बीच भिन्न होती है: ग्लिसरॉल या डाइमिथाइल सल्फ़ोक्साइड जैसे हिमरक्षी के साथ उपचार के बाद कई स्तनधारी कोशिकाओं के लिए लगभग 1 °C/मिनट की सामान्य शीतलन दर उपयुक्त होती है, लेकिन यह दर एक सार्वभौमिक इष्टतम नहीं है।[14]

22 अप्रैल, 1966 को, पहला मानव शरीर जम गया था - यद्यपि इसे दो महीने के लिए लेप किया गया था - तरल नाइट्रोजन में रखा गया था और ठंड से ठीक ऊपर संग्रहीत किया गया था। लॉस एंजिल्स की बुजुर्ग महिला, जिसका नाम अज्ञात है, को जल्द ही रिश्तेदारों द्वारा पिघलाया और दफनाया गया।1967 में कैंसर के कारण उनकी मृत्यु के कुछ घंटों के बाद, भविष्य के पुनरुत्थान की आशा के साथ जमने वाला पहला मानव शरीर जेम्स बेडफोर्ड का था।[15] बेडफोर्ड एकमात्र क्रायोनिक्स रोगी है जो 1974 से पहले हिमशीत हुए आज भी संरक्षित है।[16]


तापमान

यह माना जाता है कि बहुत कम तापमान पर भंडारण कोशिकाओं को अनिश्चित काल तक दीर्घायु प्रदान करता है, यद्यपि वास्तविक प्रभावी जीवन को साबित करना मुश्किल है। सूखे बीजों के साथ प्रयोग करने वाले शोधकर्ताओं ने पाया कि जब नमूनों को अलग-अलग तापमान - यहां तक ​​कि अति-ठंडे तापमान पर भी रखा गया था, तो गिरावट की ध्यान देने योग्य परिवर्तनशीलता थी। पोलिओल के पानी के घोल के कांच के संक्रमण बिंदु (Tg) से कम तापमान −136 °C (137 K; −213 °F), को ऐसा लगता है कि उस सीमा के रूप में स्वीकार किया जाता है जहां मेटाबॉलिज्म काफी सीमा तक धीमा हो जाता है, और −196 °C (77 K; −321 °F), तरल नाइट्रोजन का क्वथनांक, महत्वपूर्ण नमूनों के भंडारण के लिए पसंदीदा तापमान है। जबकि रेफ़्रिजरेटर , फ्रीजर और अतिरिक्त ठंडे फ्रीजर का उपयोग कई वस्तुओं के लिए किया जाता है, सामान्यतः पर सभी जैविक गतिविधियों को रोकने के लिए अधिक जटिल जैविक संरचनाओं के सफल संरक्षण के लिए तरल नाइट्रोजन की अति-ठंड की आवश्यकता होती है।

जोखिम

घटनाएं जो क्रियोप्रिजर्वेशन के समय कोशिकाओं को नुकसान पहुंचा सकती हैं, मुख्य रूप से ठंड के चरण के समय होती हैं, और इसमें विलयनप्रभाव, कोशिका बाह्य बर्फ गठन, निर्जलीकरण और अंतःकोशिकीय बर्फ गठन सम्मिलित होता है। इनमें से कई प्रभावों को हिमरक्षी द्वारा कम किया जा सकता है।एक बार संरक्षित पदार्थ जम जाने के बाद, यह आगे की क्षति से अपेक्षाकृत सुरक्षित है।[17]

विलयन प्रभाव
बर्फ के क्रिस्टल बर्फीले पानी में बढ़ते हैं, विलेय बाहर हो जाते हैं, जिससे वे शेष तरल पानी में केंद्रित हो जाते हैं। कुछ विलेय की उच्च सांद्रता बहुत हानिकारक हो सकती है।
कोशिका बाह्य बर्फ का निर्माण
जब ऊतकों को धीरे-धीरे ठंडा किया जाता है, तो पानी कोशिका से बाहर निकल जाता है और बर्फ का निर्माण कोशिका बाह्य जगह में बन जाता है। बहुत अधिक बाह्य बर्फ कुचलने के कारण कोशिका झिल्ली को यांत्रिक क्षति पहुंचा सकती है।
निर्जलीकरण
पानी का प्रवास, बाह्य बर्फ के गठन के कारण, कोशीय निर्जलीकरण भी हो सकता है। कोशिका पर जुड़े तनाव सीधे नुकसान पहुंचा सकते हैं।
अंतःकोशिकी बर्फ का निर्माण
जबकि कुछ जीव और जैविक ऊतक कुछ बाह्य बर्फ को सहन कर सकते हैं, कोई भी उल्लेखनीय अंतःकोशिकी बर्फ लगभग हमेशा कोशिकाओं के लिए घातक होता है।

जोखिमों को रोकने के मुख्य तरीके

निम्नताप परिरक्षण क्षतियों को रोकने के लिए मुख्य तकनीक नियंत्रित दर और धीमी ठंड का एक सुस्थापित संयोजन है और एक नई फ्लैश-जमने की प्रक्रिया है जिसे काचनके रूप में जाना जाता है।

धीमा क्रमादेश्य हिमन

तरल नाइट्रोजन का एक टैंक, क्रायोजेनिक फ्रीजर की आपूर्ति के लिए उपयोग किया जाता है (प्रयोगशाला के नमूनों को लगभग −150 °C or −238 °F)

नियंत्रित-दर और धीमी ठंड, जिसे धीमा क्रमादेश्य हिमन (एसपीएफ़) के रूप में भी जाना जाता है,[18] एक ऐसी तकनीक है जिसमें कई घंटों के समय कोशिकाओं को लगभग -196 °C तक ठंडा किया जाता है।

1970 के दशक की शुरुआत में धीमा क्रमादेश्य हिमन विकसित किया गया था, और अंततः 1984 में पहले मानव हिमशीत हुए भ्रूण का जन्म हुआ। तब से, क्रमादेश्य अनुक्रमों, या नियंत्रित दरों का उपयोग करके जैविक नमूनों का हिमन करने वाली मशीनों का उपयोग मानव, पशु और कोशिका जीव विज्ञान के लिए किया गया है- तरल नाइट्रोजन में जमने, या क्रायोसंरक्षित होने से पहले, अंतिम विगलन के लिए इसे अच्छे ढंग से संरक्षित करने के लिए एक नमूने का हिमन करना। ऐसी मशीनों का उपयोग दुनिया भर के अस्पतालों, पशु चिकित्सा पद्धतियों और अनुसंधान प्रयोगशालाओं में अंडाणु, त्वचा, रक्त उत्पादों, भ्रूण, शुक्राणु, स्टेम कोशिका और सामान्य ऊतक संरक्षण के लिए किया जाता है। एक उदाहरण के रूप में, हिमशीत हुए भ्रूण 'धीमी गति से हिमशीत हुए' से जीवित जन्मों की संख्या अनुमानित 300,000 से 400,000 या टेस्ट ट्यूब के अंदर निषेचन (आईवीएफ) जन्मों में अनुमानित 3 मिलियन का 20% है।[19]

घातक अंतःकोशिकीय हिमीकरण से बचा जा सकता है यदि ठंडा करने की गति इतनी धीमी हो कि बाह्य कोशिकीय द्रव के प्रगतिशील हिमीकरण के समय कोशिका से पर्याप्त जल निकल सके। बाह्य बर्फ क्रिस्टल और पुनर्संरचना के विकास को कम करने के लिए,[20] ऐल्जिनेट , पॉलीविनायल अल्कोहल या काइटोसन जैसे बायोमैटेरियल का उपयोग पारंपरिक छोटे अणु हिमरक्षी के साथ-साथ बर्फ के क्रिस्टल विकास को बाधित करने के लिए किया जा सकता है।[21] यह दर अलग-अलग आकार और पानी की अर्ध-पारगम्य झिल्ली की कोशिकाओं के बीच भिन्न होती है: ग्लिसरॉल या डाइमिथाइल सल्फ़ोक्साइड (DMSO) जैसे हिमरक्षी के साथ उपचार के बाद लगभग 1 °C/मिनट की एक विशिष्ट शीतलन दर कई स्तनधारी कोशिकाओं के लिए उपयुक्त है, लेकिन यह दर एक सार्वभौमिक इष्टतम नहीं है । दर-नियंत्रित हिमयन्त्र या बेंच शीर्ष सुवाह्य हिमन पात्र जैसे उपकरणों का उपयोग करके 1 °C / मिनट की दर प्राप्त की जा सकती है।[22]

कई स्वतंत्र अध्ययनों ने सबूत प्रदान किया है कि धीमी-ठंड तकनीक का उपयोग करके संग्रहीत हिमशीत हुए भ्रूण आईवीएफ में ताजा होने की तुलना में कुछ मायनों में 'अच्छे' हो सकते हैं। अध्ययनों से संकेत मिलता है कि ताजा भ्रूण और अंडे के अतिरिक्त हिमशीत हुए भ्रूण और अंडे का उपयोग मृत जन्म और समय से पहले प्रसव के जोखिम को कम करता है, यद्यपि सटीक कारणों का अभी भी पता लगाया जा रहा है।

कांच में रूपांतर

काचन एक फ्लैश-हिमन (अति तीव्र शीतलन) प्रक्रिया है जो बर्फ के क्रिस्टल के गठन को रोकने में मदद करती है और निम्नताप परिरक्षण क्षति को रोकने में मदद करती है।

शोधकर्ता ग्रेग फाही और विलियम एफ. रॉल ने 1980 के दशक के मध्य में प्रजनन क्रियोसंरक्षण के लिए काचनशुरू करने में मदद की।[23] 2000 तक, शोधकर्ताओं का दावा है कि काचन बर्फ के क्रिस्टल के गठन के कारण बिना किसी नुकसान के निम्नताप परिरक्षण के लाभ प्रदान करता है।[24] ऊतक अभियान्त्रिकी के विकास के साथ स्थिति और अधिक जटिल हो गई क्योंकि उच्च कोशिका व्यवहार्यता और कार्यों, संरचनाओं की अखंडता और जैव पदार्थों की संरचना को संरक्षित करने के लिए कोशिकाओं और जैव पदार्थों दोनों को बर्फ मुक्त रहने की आवश्यकता है। लिलिया कुलेशोवा द्वारा सबसे पहले ऊतक अभियान्त्रिकी निर्माणों के काचन की सूचना दी गई थी।[25] जो अंडाणु के काचन को प्राप्त करने वाली पहले वैज्ञानिक भी थे, जिसके परिणामस्वरूप 1999 में जीवित जन्म हुआ।[26] नैदानिक निम्नताप परिरक्षण के लिए, काचन को सामान्यतः ठंडा करने से पहले हिमरक्षी को जोड़ने की आवश्यकता होती है। हिमरक्षी बड़े अणु हैं जो कोशिकाओं को अंतःकोशिकी बर्फ के क्रिस्टल के गठन के हानिकारक प्रभावों से या विलयनके प्रभाव से, ठंड और विगलन की प्रक्रिया के समय कोशिकाओं को बचाने के लिए ठंड माध्यम में जोड़े जाते हैं। वे हिमांक को कम करने के लिए, हिमीकरण से संबंधित चोट से कोशिका झिल्ली को बचाने के लिए, हिमांक के समय उच्च स्तर की कोशिका को जीवित रहने की अनुमति देते हैं। हिमरक्षी में उच्च घुलनशीलता, उच्च सांद्रता पर कम विषाक्तता, कम आणविक भार और हाइड्रोजन बंध के माध्यम से पानी के साथ पारस्परिक क्रिया करने की क्षमता होती है।

क्रिस्टलीकरण के बदले में, चाशनी का घोल एक अनाकार बर्फ बन जाता है - यह काचित हो जाता है। क्रिस्टलीकरण द्वारा तरल से ठोस में एक चरण परिवर्तन के बदले में, अनाकार अवस्था एक ठोस तरल की तरह होती है, और परिवर्तन एक छोटी तापमान सीमा पर होता है जिसे कांच संक्रमण तापमान के रूप में वर्णित किया जाता है।

पानी के काचन को तेजी से ठंडा करके बढ़ावा दिया जाता है, और हिमरक्षी के बिना तापमान में बहुत तेजी से कमी (मेगाकेल्विन प्रति सेकंड) द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। 2005 तक शुद्ध जल में शीशे जैसी अवस्था प्राप्त करने के लिए आवश्यक दर को असंभव माना जाता था।[27]

सामान्यतः काचन की अनुमति देने के लिए दो स्थितियों की आवश्यकता होती है, श्यानता में वृद्धि और ठंड के तापमान में कमी। कई विलेय दोनों करते हैं, लेकिन बड़े अणुओं का सामान्यतः बड़ा प्रभाव होता है, विशेष रूप से श्यानता पर।तीव्र शीतलन भी काचन को बढ़ावा देता है।

निम्नताप परिरक्षण के स्थापित तरीकों के लिए, बढ़ी हुई श्यानता को प्राप्त करने और कोशिका के अंदर ठंड के तापमान को कम करने के लिए विलेय को कोशिका झिल्ली में घुसना चाहिए। शक्कर झिल्ली के माध्यम से आसानी से पार नहीं होती है। वे विलेय जो करते हैं, जैसे कि डीएमएसओ, एक सामान्य हिमरक्षी, प्रायःतीव्र सांद्रता में विषाक्त होते हैं। कांचवर्धक निम्नताप परिरक्षण के कठिन समझौतों में से एक हिमरक्षी विषाक्तता के कारण हिमरक्षी द्वारा उत्पादित क्षति को सीमित करने से संबंधित है।। हिमरक्षी के मिश्रण और बर्फ अवरोधक के उपयोग ने 21 वीं सदी की दवा कंपनी को अपने मालिकाना काचन मिश्रण के साथ -135 °C तक खरगोश के गुर्दे को काँचित करने में सक्षम बनाया है। पुनः गर्म होने पर, किडनी को पूरी कार्यक्षमता और व्यवहार्यता के साथ एक खरगोश में सफलतापूर्वक प्रत्यारोपित किया गया, जो खरगोश को एकमात्र कार्यशील किडनी के रूप में अनिश्चित काल तक जीवित रखने में सक्षम थी।।[28] 2000 में, FM-2030 मरणोपरांत सफलतापूर्वक काचित होने वाले पहले व्यक्ति बने।

प्रक्षालन

जैविक अभिक्रियाओं में रक्त को अक्रिय महान गैसों और/या चयापचयी रूप से महत्वपूर्ण गैसों जैसे डाइऑक्सीजन से बदला जा सकता है, ताकि अंगों को अधिक तेज़ी से ठंडा किया जा सके और हिमरोधी की कम आवश्यकता हो। चूंकि ऊतक के क्षेत्रों को गैस से अलग किया जाता है, छोटे विस्तार जमा नहीं होते हैं, जिससे बिखरने से बचाव होता है।[29] एक छोटी सी कंपनी, अरिगोस बायोमेडिकल, शून्य से 120 डिग्री नीचे से सुअर के दिल को पहले ही वापस पा चुकी है,[30] यद्यपि पुनर्प्राप्त की परिभाषा स्पष्ट नहीं है। 60 एटीएम का दबाव ताप विनिमय दरों को बढ़ाने में मदद कर सकता है।[31] गैसीय ऑक्सीजन द्रव निवेशन/अपवृद्धि स्थिर शीतगृह या अल्पतापी मशीन छिड़काव के सापेक्ष अंग संरक्षण को बढ़ा सकता है, क्योंकि गैसों की कम श्यानता, संरक्षित अंगों के अधिक क्षेत्रों तक पहुंचने में मदद कर सकती है और प्रति ग्राम ऊतक में अधिक ऑक्सीजन प्रदान कर सकती है।[32]

जमने योग्य ऊतक

सामान्यतः, पतले नमूनों और निलंबित कोशिकाओं के लिए निम्नताप परिरक्षण आसान होता है, क्योंकि इन्हें अधिक तेज़ी से ठंडा किया जा सकता है और इसलिए जहरीले हिमरक्षी की कम खुराक की आवश्यकता होती है। इसलिए, भंडारण और अंग प्रत्यारोपण के लिए मानव यकृत और हृदय का क्रायोसंरक्षण अभी भी अव्यावहारिक है।

फिर भी, हिमरक्षी और गरम करते समय और ठंडा करने और धोने के उपयुक्त संयोजन प्रायःजैविक सामग्रियों, विशेष रूप से कोशिका निलंबन या पतले ऊतक के नमूनों के वीर्य क्रायोसंरक्षण की अनुमति देते हैं। उदाहरणों में सम्मिलित:

:

  • वीर्य निम्नताप परिरक्षण में वीर्य
  • खून
    • प्लेटलेट्स जैसे आधान के लिए विशेष कोशिकाएं (सेलफायर द्वारा थ्रोम्बोसोम्स)
    • मूल कोशिका। यह कृत्रिम सीरम की उच्च सांद्रता, चरणबद्ध संतुलन और धीमी गति से ठंडा करने में इष्टतम है।[33]
    • आनुवंशिक पदार्थ इसके अतिरिक्त, निम्नताप परिरक्षण का उपयोग जीन थेरेपी उपचार के लिए किया जाता है उदाहरण ल्यूकेमिया या लिंफोमा से पीड़ित कैंसर रोगियों के लिए। जीन थेरेपी के लिए उपयोग की जाने वाली आनुवंशिक पदार्थ को विवो या पूर्व विवो में संशोधित करना होगा। ऐसा करने के लिए उन्हें परिवहन और भंडारण के समय व्यवहार्य बनाए रखने की आवश्यकता है। निम्नताप परिरक्षण के साथ उन्हें अति निम्न तापमान में लाया जाता है और जरूरत पड़ने पर पिघलाया जाता है।[34]
    • कॉर्ड रक्त अधिकोष में गर्भनाल रक्त संग्रह
  • फोडा और ऊतकीय अनुप्रस्थ काट जैसे ऊतक के नमूने
  • अंडे (अंडाणु) डिम्बाणु जन कोशिका क्रायोसंरक्षण में
  • भ्रूण निम्नताप परिरक्षण में विदलन चरण (जो 2, 4, 8 या 16 कोशिकाएं हैं) या प्रारंभिक बीजगुहा चरण में हैं
  • [[डिम्बग्रंथि ऊतक निम्नताप परिरक्षण]] में डिम्बग्रंथि ऊतक
  • पौधे के बीजों या प्ररोहों के सिरों या सुप्त कलियों को जीव विज्ञान के संरक्षण के उद्देश्य से क्रायोसंरक्षित किया जाता है।[35][36]


भ्रूण

Main article: भ्रूण निम्नताप परिरक्षण

भ्रूण के लिए निम्नताप परिरक्षण का उपयोग भ्रूण भंडारण के लिए किया जाता है, उदाहरण के लिए, जब आईवीएफ के परिणामस्वरूप वर्तमान में जरूरत से ज्यादा भ्रूण हो गए हों।

तीन साल पहले उसी वर्ग से भ्रूण की सफल गर्भावस्था के बाद, 27 साल तक संग्रहीत भ्रूण से एक गर्भावस्था और परिणामी स्वस्थ जन्म की सूचना मिली है।[37] कई अध्ययनों ने हिमशीत हुए भ्रूण, या "फ्रॉस्टी" से पैदा हुए बच्चों का मूल्यांकन किया है। जन्म दोष या विकास संबंधी असामान्यताओं में कोई वृद्धि नहीं होने के साथ परिणाम समान रूप से सकारात्मक रहा है।[38] 11,000 से अधिक क्रायोसंरक्षित मानव भ्रूणों के एक अध्ययन ने आईवीएफ या डिम्बाणु जन कोशिका दान चक्रों के लिए, या परमाणु या विखंडन चरणों में हिमशीत हुए भ्रूणों के लिए पिघलाने के बाद उत्तरजीविता पर भंडारण समय का कोई महत्वपूर्ण प्रभाव नहीं दिखाया।[39] इसके अतिरिक्त, भंडारण की अवधि का नैदानिक ​​​​गर्भावस्था, गर्भपात, आरोपण, या जीवित जन्म दर पर कोई महत्वपूर्ण प्रभाव नहीं पड़ा, चाहे आईवीएफ या अंडाणु दान चक्र से।[39]बल्कि, डिम्बाणु जन कोशिका आयु, उत्तरजीविता अनुपात, और स्थानांतरित भ्रूणों की संख्या गर्भावस्था के परिणाम के भविष्यवक्ता हैं।[39]

अंडाशयी ऊतक

Main article: अंडाशयी ऊतक निम्नताप परिरक्षण

अंडाशयी ऊतक का निम्नताप परिरक्षण उन महिलाओं के लिए रुचि रखता है जो अपने प्रजनन कार्य को प्राकृतिक सीमा से परे संरक्षित करना चाहती हैं, या जिनकी प्रजनन क्षमता को कैंसर थेरेपी से खतरा है,[40] उदाहरण के लिए रुधिर संबंधी विकृतियों या स्तन कैंसर में।[41] प्रक्रिया में अंडाशय का एक हिस्सा लेना है और इसे तरल नाइट्रोजन में संग्रहीत करने से पहले धीमी गति से ठंडा करना है, जबकि उपचार किया जा रहा है। ऊतक को तब पिघलाया जा सकता है और डिंबवाहिनी के पास प्रत्यारोपित किया जा सकता है, या तो ऑर्थोटोपिक (प्राकृतिक स्थान पर) या विषमस्थानिक (पेट की दीवार पर),[41]जहां यह नए अंडे पैदा करना शुरू कर देता है, जिससे सामान्य गर्भाधान हो पाता है।[42] डिम्बग्रंथि के ऊतक को चूहों में भी प्रत्यारोपित किया जा सकता है जो ग्राफ्ट अस्वीकृति से बचने के लिए इम्यूनोकॉम्प्रोमाइज्ड (SCID चूहों) हैं, और ऊतक को बाद में काटा जा सकता है जब परिपक्व रोम विकसित हो जाते हैं।[43]

अंडाणु

Main article: अंडाणु निम्नतापीय परिरक्षण

मानव अंडाणु निम्नतापीय परिरक्षण एक नई तकनीक है जिसमें एक महिला के अंडे (oocytes ) निकाले जाते हैं, जमाए जाते हैं और संग्रहीत किए जाते हैं। बाद में, जब वह गर्भवती होने के लिए तैयार हो जाती है, तो अंडों को पिघलाया जा सकता है, निषेचित किया जा सकता है और भ्रूण के रूप में गर्भाशय में स्थानांतरित किया जा सकता है।1999 के बाद से, जब कुलेशोवा और सहकर्मियों ने मानव प्रजनन पत्रिका में काचित-गरम महिला के अंडों से प्राप्त भ्रूण से पहले बच्चे के जन्म की सूचना दी थी,[25]इस अवधारणा को पहचाना और व्यापक किया गया है। एक महिला के अंडाणुओं के काचन को प्राप्त करने में इस सफलता ने आईवीएफ प्रक्रिया के हमारे ज्ञान और अभ्यास में एक महत्वपूर्ण प्रगति की है, क्योंकि नैदानिक ​​​​गर्भावस्था दर धीमी हिमीकरण के अपेक्षाकृत अंडाणु काचन के बाद चार गुना अधिक है।[44] अंडाणु काचन युवा कैंसर रोगियों और आईवीएफ से गुजरने वाले व्यक्तियों में प्रजनन क्षमता को बनाए रखने के लिए महत्वपूर्ण है, जो धार्मिक या नैतिक कारणों से भ्रूण का हिमीकरण करने के अभ्यास पर आपत्ति जताते हैं।

वीर्य

Main article: वीर्य निम्नतापीय परिरक्षण

निम्नताप परिरक्षण के बाद लगभग अनिश्चित काल तक वीर्य का सफलतापूर्वक उपयोग किया जा सकता है। सबसे लंबे समय तक सफल भंडारण की सूचना 22 वर्ष है।[45] इसका उपयोग शुक्राणु दान के लिए किया जा सकता है जहां प्राप्तकर्ता एक अलग समय या स्थान पर उपचार चाहता है या पुरुष नसबंदी से गुजर रहे पुरुषों के लिए प्रजनन क्षमता को संरक्षित करने के साधन के रूप में या ऐसे उपचार जो उनकी प्रजनन क्षमता से समझौता कर सकते हैं, जैसे कीमोथेरपी , विकिरण चिकित्सा या सर्जरी।

वृष

Main article: वृषण ऊतक का निम्नतापीय परिरक्षण

अपरिपक्व वृषण ऊतक का निम्नताप परिरक्षण उन युवा लड़कों के लिए प्रजनन का लाभ उठाने का एक विकासशील तरीका है, जिन्हें गोनैडोटॉक्सिक उपचार की आवश्यकता होती है। हिमशीत हुए वृषण कोशिका निलंबन या ऊतक के टुकड़ों के प्रत्यारोपण के बाद स्वस्थ संतान प्राप्त होने के बाद से पशु डेटा आशाजनक हैं। यद्यपि, हिमशीत हुए ऊतक, यानी कोशिका निलंबन प्रतिरोपण, ऊतक ग्राफ्टिंग और इन विट्रो परिपक्वता से कोई भी उर्वरता बहाली विकल्प मनुष्यों में अभी तक कुशल और सुरक्षित साबित नहीं हुआ है।[46]

शैवाल

इंटरनेशनल मॉस भंड़ारसेंटर में संग्रहित फिजोमिट्रेला पेटेंट के चार अलग-अलग इकोटाइप

पूरे काई के पौधों का क्रायोसंरक्षण, विशेष रूप से फिस्कोमिट्रेला पेटेंस, राल्फ रेस्की और सहकर्मियों द्वारा विकसित किया गया है।[47] और इंटरनेशनल मॉस भंड़ारसेंटर में किया जाता है। यह बायोबैंक मॉस उत्परिवर्ती और मॉस पारिस्थितिक प्ररूप को इकट्ठा, संरक्षित और वितरित करता है।[48]

मध्योतक पीठिका कोशिकाएं (MSCs)

MSCs, जब विगलन के कुछ घंटों के भीतर तुरंत चढ़ाया किया जाता है, उन MSCs की तुलना में कम कार्य दिखा सकता है या बीमारियों के इलाज में कम प्रभावकारिता दिखा सकता है जो कोशिका वृद्धि (ताज़ा) के लॉग चरण में हैं। परिणामस्वरूप, क्लिनिकल परीक्षण या प्रयोगात्मक उपचारों के लिए प्रशासित किए जाने से पहले हिमतापीय परिरक्षित ज़र्व्ड MSCs को इन विट्रो कल्चर में कोशिका ग्रोथ के लॉग चरण में वापस लाया जाना चाहिए। MSCs के पुन: संवर्धन से कोशिकाओं को ठंड और विगलन के समय लगने वाले झटके से उबरने में मदद मिलेगी। MSCs पर विभिन्न क्लिनिकल परीक्षण विफल हो गए हैं, जो ताजा MSCs का उपयोग करने वाले नैदानिक ​​​​परीक्षणों की तुलना में पिघलने के तुरंत बाद क्रायोसंरक्षित उत्पादों का उपयोग करते हैं।[49]


बीज

पादप क्रायोसंरक्षण इसके जैव विविधता मूल्य के लिए महत्वपूर्ण होता जा रहा है। बीजों को प्रायःआनुवंशिक सूचना की एक महत्वपूर्ण वितरण प्रणाली माना जाता है। कम तापमान और कम पानी की मात्रा के प्रति असहिष्णुता के कारण दुर्दम्य बीज का क्रायोसंरक्षण सबसे कठिन है। यद्यपि, पादप काचन समाधान समस्या को हल कर सकता है और दुर्दम्य बीज की (निम्फेआ केरूलिया) हिमतापीय परिरक्षित में मदद कर सकता है।[50]


सूक्ष्म जीव विज्ञान संस्कृतियों का संरक्षण

जीवाणु और कवक को अल्पकालिक (महीनों से लेकर एक वर्ष तक, निर्भर करता है) प्रशीतित रखा जा सकता है, यद्यपि, कोशिका विभाजन और चयापचय पूरी तरह से रोका नहीं जाता है और इस प्रकार दीर्घकालिक भंडारण (वर्षों) या संस्कृतियों को आनुवंशिक रूप से संरक्षित करने के लिए एक इष्टतम विकल्प नहीं है या प्ररूपी रूप से, क्योंकि कोशिका विभाजन से उत्परिवर्तन हो सकता है या उप-संवर्धन से प्ररूपी परिवर्तन हो सकते हैं। एक पसंदीदा विकल्प, प्रजातियों पर निर्भर, निम्नताप परिरक्षण है। नेमाटोड कीड़े एकमात्र बहुकोशिकीय यूकेरियोट्स हैं जिन्हें निम्नताप परिरक्षण में जीवित रहने के लिए दिखाया गया है।[51][52]

कवक

कवक, विशेष रूप से जाइगोमाइसिटीस, एस्कोमाइसिटीस, और उच्च बेसिडिओमाइसीट्स, स्पोरुलेशन की चिंता किए बिना, तरल नाइट्रोजन या अति-हिमशीतित में संग्रहीत करने में सक्षम हैं। निम्नतापीय परिरक्षण कवक के लिए एक हॉलमार्क विधि है जो बीजाणु उत्पन्न नहीं करती है (अन्यथा बीजाणुओं के लिए अन्य संरक्षण विधियों का उपयोग कम लागत और आसानी से किया जा सकता है), बीजाणु लेकिन नाजुक बीजाणु होते हैं (बड़े या हिमशीतित-सूखे संवेदनशील), रोगजनक होते हैं (चयापचय को सक्रिय रखने के लिए खतरनाक फंगस) या जेनेटिक भंड़ार के लिए इस्तेमाल किये जाते है (आदर्श रूप से मूल जमा के समान संरचना के लिए)। कई अन्य जीवों की तरह, हिमरक्षी जैसे डीएमएसओ या ग्लिसरॉल (जैसे फिलामेंटस फंगी 10% ग्लिसरॉल या यीस्ट 20% ग्लिसरॉल) का उपयोग किया जाता है। हिमरक्षी चुनने के बीच अंतर प्रजातियां (या वर्ग) पर निर्भर हैं, लेकिन सामान्यतः पर डीएमएसओ, ग्लिसरॉल या पॉलीइथाइलीन ग्लाइकॉल जैसे फफूंद मर्मज्ञ हिमरक्षी के लिए सबसे प्रभावी होते हैं (अन्य गैर-मर्मज्ञ वाले में शर्करा मैनिटोल, सोर्बिटोल, डेक्सट्रान, आदि सम्मिलित हैं)। हिमशीतित-पिघलना पुनरावृत्ति की संस्तुत नहीं की जाती है क्योंकि यह व्यवहार्यता को कम कर सकता है। पूर्तिकर अति-हिमशीतित या तरल नाइट्रोजन भंडारण स्थलों की संस्तुत की जाती है। हिमन के लिए कई प्रोटोकॉल नीचे संक्षेप में दिए गए हैं (प्रत्येक स्क्रू-कैप पॉलीप्रोपाइलीन क्रायोट्यूब का उपयोग करता है):[53]

बैक्टीरिया

आनुवंशिक रूप से और फेनोटाइपिक रूप से स्थिर, दीर्घकालिक भंड़ार को संरक्षित करने के लिए कई सामान्य खेती योग्य प्रयोगशाला उपभेद गहरे हिमशीत हुए हैं।[54] उप-संवर्धन और लंबे समय तक प्रशीतित नमूनों से प्लास्मिड (एस) या म्यूटेशन का नुकसान हो सकता है। सामान्य अंतिम ग्लिसरॉल प्रतिशत 15, 20 और 25 हैं। एक ताजा संवर्धन प्लेट से, ब्याज की एक एकल उपनिवेश चुनी जाती है और तरल संवर्धन बनाई जाती है। तरल संवर्धन से, माध्यम सीधे ग्लिसरॉल की समान मात्रा के साथ मिलाया जाता है; म्यूटेशन जैसे किसी भी दोष के लिए उपनिवेश की जाँच की जानी चाहिए। लंबी अवधि के भंडारण से पहले सभी एंटीबायोटिक दवाओं को संवर्धन से धोया जाना चाहिए। तरीके अलग-अलग होते हैं, लेकिन मिश्रण धीरे-धीरे व्युत्क्रम द्वारा या तेजी से भंवर द्वारा किया जा सकता है और शीतलन अलग-अलग हो सकता है या तो क्रायोट्यूब को -50 से -95 डिग्री सेल्सियस पर सीधे रखकर, तरल नाइट्रोजन में शॉक-हिमन या धीरे-धीरे ठंडा करके -80 डिग्री°C पर भंडारण करके या शीतक करके (तरल नाइट्रोजन या तरल नाइट्रोजन वाष्प)अलग-अलग किया जा सकता है। बैक्टीरिया की पुनः प्राप्ति भी अलग-अलग हो सकती है, अर्थात्, यदि ट्यूब के भीतर मोतियों को संग्रहीत किया जाता है तो कुछ मोतियों को प्लेट में इस्तेमाल किया जा सकता है या हिमशीत हुए भंड़ार को एक लूप के साथ क्षुरित किया जा सकता है और फिर चढ़ाया जा सकता है, यद्यपि, केवल थोड़े से भंड़ार की जरूरत होती है पूरी ट्यूब को कभी भी पूरी तरह से पिघलना नहीं चाहिए और बार-बार जमने-गलने से बचना चाहिए। पद्धति चाहे जो भी हो 100% पुनः प्राप्ति संभव नहीं है।[55][56][57]

जानवरों में जमने की सहनशीलता

कीड़े

सूक्ष्म मिट्टी में रहने वाले निमेटोड केंचुआ पैनाग्रोलाइमस डेट्रिटोफैगस और प्लेक्टस पार्वस एकमात्र यूकेरियोटिक जीव हैं जो आज तक दीर्घकालिक निम्नताप परिरक्षण के बाद व्यवहार्य साबित हुए हैं। इस कारक में, स्थायी तूषार के कारण कृत्रिम के बदले में संरक्षण प्राकृतिक था।

कशेरुक

मछली, उभयचर और सरीसृप सहित कई जानवरों की प्रजातियों को ठंड को सहन करने के लिए दिखाया गया है। मेंढकों की कम से कम चार प्रजातियाँ (स्यूडैक्रिस क्रूसिफ़र, हाइला वर्सिकोलर, स्यूडैक्रिस ट्राइसेरियाटा,लिथोबेट्स सिल्वेटिकस) और कछुओं की कई प्रजातियाँ (टेरापीन कैरोलिना, हैचलिंग क्रिसमिस पिक्टा), छिपकलियाँ, और साँप फ्रीज़ सहिष्णु हैं और ठंड से बचे रहने के लिए अनुकूलन विकसित कर चुके हैं। जबकि कुछ मेंढक भूमिगत या पानी में हाइबरनेट करते हैं, फिर भी शरीर का तापमान -5 से -7 डिग्री सेल्सियस तक गिर जाता है, जिससे वे जम जाते हैं। लकड़ी का मेंढक (लिथोबेट्स सिल्वेटिकस) बार-बार ठंड का सामना कर सकता है, जिस समय इसके कोशिकाबाह्य तरल का लगभग 65% बर्फ में परिवर्तित हो जाता है।[54]


यह भी देखें

संदर्भ

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