В качестве криопротекторов природа создала сахара, аминокислоты и специальные белки-антифризы. Люди используют органические растворители и синтетические полимеры в качестве добавок для предотвращения повреждений клеточных культур при замораживании. Теперь английские ученые объединили оба метода: в работе, опубликованной в журнале Angewandte Chemie, они представили полипролин, полипептид, состоящий из природной аминокислоты пролина, в качестве эффективного криопротектора для монослоев клеток.
Живая клетка очень уязвима к замораживанию и оттаиванию. Кристаллы льда могут физически повредить клеточные мембраны и органеллы, а обезвоживание может изменить осмотический потенциал, серьезно повлияв на целостность мембран и клеток. С другой стороны, клеточные культуры обычно хранятся в замороженном или витрифицированном состоянии до тех пор, пока они не потребуются в трансплантационной медицине или для фундаментальных исследований. Для криоконсервации криопротекторы, такие как диметилсульфоксид, необходимы, но необходимы большие объемы, и далеко не все клетки восстанавливаются после оттаивания.
Природа поставляет свои собственные криопротекторы: организмы в ледяной морской воде вырабатывают антифризные гликопротеины для предотвращения рекристаллизации льда. Однако для биомедицинских применений доступность антифризных гликопротеинов весьма ограничена; к тому же всегда стоит вопрос иммунотолерантности. Было обнаружено, что синтетические полимеры способны имитировать антифризную активность, но «полностью натуральная» полимерная основа на основе пептидов была бы более привлекательной. Этот биологический подход используется Мэтью Гибсоном и его командой в Уорикском университете, Великобритания. Ученые предлагают полипролин, полипептид, полученный только из природной аминокислоты пролина, в качестве универсального альтернативного криопротектора.
Аминокислота пролин является особой среди природных аминокислот, потому что она не может образовывать водородные связи с другими структурными частями пептида при интегрировании в пептид. «Из-за этого он растворим в воде, но при этом достаточно гидрофобен, как в случае с антифризным белком I», - заметили ученые. Они обнаружили, что полипролин имеет некоторые общие характеристики поверхности с модельными белками-антифризами. Считалось, что эта «пятнистая» амфипатическая структура полипролина помогает ингибировать рекристаллизацию льда при оттаивании. Более того, свободная аминокислота пролин, строительный блок полипролина, сама по себе служит естественным криопротектором; растительные клетки перепроизводят пролин, чтобы сохранить осмотический баланс и защитить себя от обезвоживания.
Затем ученые испытали комбинацию пролина/полипролина в тестовой системе адгезивных клеточных культур, подвергнутых замораживанию-оттаиванию. Сначала монослой клеток инкубировали в смеси растворителя диметилсульфоксида и пролина, затем добавляли полипролин. Восстановление клеток после замораживания удваивалось по сравнению с режимом, включающим диметилсульфоксид в качестве единственного криопротектора. Ученые отметили, что их стратегия может свести воздействие растворителя к минимуму, тем самым оставив клетки в максимально естественной среде. Хотя дальнейший анализ покажет, действительно ли сохраняются все клеточные функции, синтетический полипролин был представлен здесь как привлекательный полностью натуральный ингибитор перекристаллизации льда для хранения биологических клеточных культур.