20 October 2022, 12:00

Получен малотоксичный криопротектор

Получен малотоксичный криопротектор
Фрагменты структур, образующихся в устойчивых к кристаллизации стеклах в системе ацетат магния–диметилсульфоксид–вода. Фрагменты составов 1:4:2 (а) и 1:6:4 (б), наглядно демонстрирующие разные способы образования полимерных цепочек (цветовое обозначение атомов: магний – светло-зеленый, кислород – красный, сера – желтый, углерод – серый, водород – белый).

Сотрудники ИОНХ РАН, ИФХЭ РАН и ИППИ РАН впервые получили малотоксичный криопротектор, что является крупным шагом на пути решения важной задачи – создания нетоксичных биоконсервантов.

Одна из основных проблем, связанных с хранением и трансплантацией клеток и органов, – сохранение их жизнеспособности вне организма. При помещении биологического материала в криопротектор – среду, защищающую его от повреждений и гибели при охлаждении и хранении, часть клеток, даже после длительного пребывания в замороженном состоянии, остается живой.

Наиболее значительные повреждения биоматериала происходят на этапах его консервации и расконсервации за счет обезвоживания, образования внеклеточных и внутриклеточных кристаллов льда, а также вследствие собственной токсичности криопротекторов. Положение осложняется тем, что химические соединения, лучше всего препятствующие кристаллизации содержащейся в биоматериале воды, как правило, проявляют значительную токсичность на клеточном и организменном уровнях.

Исходя из того, что водные растворы диметилсульфоксида являются классическими криопротекторами (при этом весьма токсичными), а водные растворы ацетата магния проявили себя как хорошие консерванты для хранения спермы человека, при поиске малотоксичного криопротектора учеными из ИОНХ РАН впервые был выбран раствор с малым содержанием диметилсульфоксида: ацетат магния (38%) – диметилсульфоксид (2%) – вода (60%).

При тестировании криопротекторных свойств (устойчвости к кристаллизации) полученного консерванта в качестве биоматериала использовали белок свежего куриного яйца, выбранный Продовольственной и Сельскохозяйственной организациями при ООН в качестве эталона биологической ценности белков (из-за оптимального аминокислотного состава и практически полной усвояемости). Эксперимент показал, что если куриный белок не помещать в криопротектор, то при охлаждении в жидком азоте он кристаллизуется, а если поместить, то кристаллизации не происходит.

«Получение малотоксичного консерванта для биоматериала стало возможным благодаря пониманию на молекулярном уровне процессов, происходящих в стеклообразующих системах с водородными связями, и установлению факторов, определяющих криопротекторную способность водных растворов разных составов. При установлении молекулярного механизма процесса консервации мы использовали развиваемые в нашем институте экспериментальные и расчетно-теоретические подходы к изучению систем с водородными связями», – прокомментировала работу старший научный сотрудник лаборатории квантовой химии ИОНХ РАН, кандидат физико-математических наук Елена Тараканова.

Работа опубликована в журанле Journal of Non-Crystalline Solids (IF = 4.46).

News article publications

Read also

Допирование цинком придало костному цементу антибактериальный эффект
Ученые разработали магний-кальций фосфатный костный цемент, допированный цинком, подавляющий рост патогенных бактерий золотистого стафилококка и кишечной палочки, а также выдерживающий нагрузки до 500 килограмм на квадратный сантиметр. Полученный материал может использоваться в реконструктивно-восстановительной хирургии в качестве импортозамещаемых медицинских изделий для восстановления участков разрушенной из-за травм или болезней костной ткани
"Smart" materials
Biomaterials
Materials Science
28 August 2023
Белок кальмара стал основой каркаса для выращивания клеток и тканей
Предложенный материал по химическому составу близок к белкам млекопитающих и не токсичен, а потому способствует быстрому прикреплению и делению культур стволовых клеток человека
Biomaterials
Biomedicine
Materials Science
2 May 2023
Химики повысили чувствительность сенсоров к сероводороду
Они придумали новый способ, позволяющий при относительно низкой температуре получать наночастицы на основе оксидов олова, бария и лантана, чувствительные к этому ядовитому газу
Inorganic chemistry
Materials Science
New techniques
Sensors
Synthesis
22 April 2023
Создан прототип магнитных аэрогелей для сенсоров и катализаторов
Получить такие материалы удалось, иммобилизовав парамагнитные катионы кобальта на поверхности гелей оксида кремния
Inorganic chemistry
Materials Science
New techniques
24 January 2023
Впервые получены высокоэнтропийные слоистые гидроксиды редкоземельных элементов
Как ожидают авторы, такие системы будут проявлять необычные каталитические и люминесцентные свойства
Inorganic chemistry
Materials Science
New techniques
28 November 2022
Создан новый сорбент для очистки сточных вод от антибиотиков
В его основе — наночастицы нитрида бора, которые можно использовать многократно. Они уже превзошли по эффективности многие другие сорбенты
"Green" technologies
Ecology
Inorganic chemistry
Materials Science
21 October 2022