Ученые извлекли из тихоходок фрагмент белка, который вместе с трегалозой повысил выживаемость эритроцитов мышей при заморозке с 82 до 89 процентов. Главное преимущество: после разморозки не нужно удалять токсичный глицерин, достаточно центрифугирования. Если технологию довести до клиники, хранение редких групп крови станет проще и безопаснее.
Самый живучий организм на Земле
Тихоходки, или водяные медведи, выживают там, где погибло бы большинство живых существ: при замерзании, полном обезвоживании и даже в вакууме космоса. Когда условия становятся невыносимыми, они сжимаются в шарик, обмен веществ почти останавливается, а при возвращении воды и тепла организм оживает.
Секрет этой устойчивости частично раскрыт. В клетках тихоходок есть белки CAHS, что расшифровывается как «цитозольные, в изобилии теплосохраняемые». При обезвоживании они образуют гелеобразную сеть, которая поддерживает клетку и не дает ей разрушиться. Когда вода возвращается, сеть растворяется, и клетка восстанавливается.
Проблема заморозки крови
Эритроциты можно хранить в замороженном виде, но для этого используется глицерин. Он предотвращает образование кристаллов льда, которые рвут клеточные мембраны. Однако у глицерина есть серьезный недостаток: он токсичен для клеток и должен быть удален перед переливанием. Процесс отмывания сам по себе повреждает часть эритроцитов.
Трегалоза — природный сахар, который стабилизирует мембраны и белки. Его используют для защиты замороженных продуктов от «холодовых ожогов». Но есть проблема: трегалоза плохо проникает внутрь эритроцитов, поэтому в одиночку она защищает слабо.
Как тихоходки подсказали решение
Исследователи не стали использовать целый белок CAHS. Они выделили только тот участок, который отвечает за защитный эффект. Эту пептидную последовательность вместе с трегалозой добавили к эритроцитам при четырех градусах. Оказалось, что такая комбинация повышает текучесть мембраны и помогает трегалозе проникнуть внутрь клетки. При этом уровень разрушения клеток до заморозки оставался низким.
Затем клетки заморозили в жидком азоте. Комбинация белка и сахара изменила то, как образуется и тает лед, защищая клетки от повреждений. После разморозки защитную смесь легко удалили центрифугированием.
Что показали цифры
Выживаемость эритроцитов мышей с новым методом составила 89 процентов. Для сравнения, традиционная заморозка с глицерином дала около 82 процентов. Совместимость с кровью после разморозки и отмывания достигла 99 процентов. Клетки сохранили нормальную форму, объем и ключевые функции.
Но исследователи пошли дальше лабораторных показателей. Они перелили размороженную кровь мышам с анемией. У животных значительно улучшились показатели кровяных клеток и уровень гемоглобина. Признаков воспалительной реакции не возникло.
Куда это может привести
Цель исследователей — не только улучшить сохранение эритроцитов. Если подход сработает для других клеток, его можно будет применить к более хрупким биологическим материалам: факторам свертывания крови, вакцинам, стволовым клеткам и даже органам.
Есть и более смелая перспектива. Если защитные молекулы вроде CAHS смогут стабилизировать клеточные мембраны и белки, однажды кровь и ее компоненты можно будет хранить при комнатной температуре. Для отдаленных регионов, военных условий и зон стихийных бедствий это было бы революцией.
От экспериментов на мышах до клиники еще далеко. Но направление уже ясно: самые живучие существа на планете учат нас, как безопасно «останавливать» и «запускать» хрупкие клетки.
Результаты исследования опубликованы в ACS Applied Materials & Interfaces.
Изображение: графический дизайн исследования / ACS Applied Materials & Interfaces
