БИОХИМИЯ ЗАМОРАЖИВАНИЯ КЛЕТОК: ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ ПРИ ЗАМОРАЖИВАНИИ И ХРАНЕНИИ КЛЕТОК

Актуальность. Исследование биохимических механизмов замораживания клеток представляет собой актуальную научную задачу, имеющую фундаментальное и прикладное значение. Процесс криоконсервации сопряжен с рядом критических проблем, требующих детального изучения: формирование внутри- и внеклеточного льда, осмотический стресс, фазовые переходы в липидных мембранах. Особую значимость приобретает разработка эффективных криопротекторов и оптимизация их применения, а также изучение роли антифризных белков в защите клеточных структур при низких температурах.

Цель – систематизировать и критически проанализировать современные знания о молекулярных и клеточных механизмах, лежащих в основе процессов замораживания и криоконсервации клеток, с акцентом на биохимические изменения и адаптационные реакции клеток.

Материалы и методы. Проведен поиск литературы в электронных базах данных PubMed, Scopus и Web of Science, MEDLINE. Ключевые слова для поиска включали: «cryobiology», «cell freezing», «cryopreservation», «biochemistry of freezing», «cell storage». Временной диапазон охватывал период с 1980 по 2024 года, что позволило проследить эволюцию представлений о процессах, происходящих при замораживании клеток.

Результаты. В ходе проведенного исследования были систематизированы и обобщены ключевые аспекты биохимических механизмов замораживания клеток. Анализ литературных данных подтвердил, что основными факторами повреждения клеточных структур при криоконсервации являются образование кристаллов льда и окислительный стресс, вызванный свободными радикалами.

Заключение. Криоконсервация биологических материалов представляет собой динамично развивающуюся область, имеющую фундаментальное значение для современной биотехнологии и медицины. Проведенный анализ современных подходов к замораживанию и размораживанию биологических образцов позволяет сделать следующие выводы. Автоматизированные системы, такие как SmartThaw, демонстрируют значительные преимущества перед традиционными методами, обеспечивая стандартизацию процессов, снижение рисков контаминации и повышение воспроизводимости результатов. Углубление понимания молекулярных и клеточных механизмов криоповреждений, включая структурно-функциональные изменения мембран, окислительный стресс и апоптотические пути, создает основу для разработки более эффективных протоколов криоконсервации. Особую значимость современные технологические решения имеют для вспомогательных репродуктивных технологий, где качество сохраняемых гамет и эмбрионов напрямую определяет успешность лечения бесплодия. Дальнейшее развитие методов криоконсервации требует междисциплинарного подхода, объединяющего достижения в области биофизики, клеточной биологии, материаловедения и инженерии.

1. Ващенко В.И., Чухловин А.Б., Петренко Г.И., Вильянинов В.Н., Багаутдинов Ш.М. Действие факторов замораживания на изменения внутриклеточного метаболизма при криоконсервации костного мозга человека. Вестник международной академии холода. 2015;(4):91-94.

2. Грищенко В.И. Достижения криобиологии и криомедицины во имя здоровья нации. Проблемы криобиологии. 2008;18(3):269-274.

3. Ефремов М.И., Илларионова К.Г., Шамитова Е.Н., Дьячкова И.М. Перспективные биоантиоксиданты с низкой токсичностью. Здравоохранение Чувашии. 2023;4:46-55.

4. Землянских Н.Г., Кофанова О.А. Са²⁺-АТРаза эритроцитов человека модифицируется под действием глицерола и низких температур. Проблемы криобиологии и криомедицины. 2005.

5. Одинцова И.А, Русакова С.Э, Шмидт А.А, Тимошкова Ю.Л. Криоконсервация половых клеток: история и современное состояние вопроса. Гены и клетки. 2021;16(3):44-51.

6. Олейник Г.А., Баранова С.В., Жданова П.В., Черноносов А.А. Структурные особенности лед-связывающих белков. III Объединенный научный форум физиологов, биохимиков и молекулярных биологов. 2022;3:18.

7. Baust J.G., Gao D., Baust J.M. Cryopreservation: An emerging paradigm change. Organogenesis. 2009;5(3):90-96.

8. Baust J.M. Development of novel devices for the controlled. and rapid freezing and thawing of viable cell products. Presented at the ISBioTech 2nd Fall Meeting, Rosslyn, Virginia, USА. 2014:2014.

9. Baust J.M., Campbell L.H., Harbell J.W. Best practices for cryopreserving, thawing, recovering, and assessing cells. In Vitro Cellular & Developmental Biology-Animal. 2017;53:855-871.

10. Baust J.M., Corwin W.L, Snyder K.K., Baust J.G., Van Buskir R.G. Development and Assessment of a Novel Device for the Controlled, Dry Thawing of Cryopreserved Cell Products. BioProcessing Spring. 2016;15(1)30-41.

11. Fahy G.M., Wowk B., Wu J., Paynter S. Improved vitrification solutions based on the predictability of vitrification solution toxicity. Cryobiology, 2004;48(1):22-35.

12. Karlsson J.O., Toner M. Long-term storage of tissues by cryopreservation: critical issues. Biomaterials. 1996;17(3):243-256.

13. Karlsson O.M. A theoretical model of intracellular devitrification. Cryobiology. 2001;42(3):154-169.

14. Mazur P., Leibo S.P., Chu E.H. A two-factor hypothesis of freezing injury: evidence from Chinese hamster tissue-culture cells. Experimental Cell Research. 2015;71(2):345-355.

15. Wolkers W.F., Crowe L.M., Tsvetkova N.M., Tablin F., Crowe J.H. In situ assessment of erythrocyte membrane properties during cold storage. Molecular Membrane Biology. 2004;19(1):59-65.