Ученые выяснили, как криоконсервация влияет на эмбрионы млекопитающих
Криоконсервация позволяет длительно сохранять клетки, ткани и органы, а также эмбрионы на ранних стадиях развития. Сейчас используются два ее основных подхода: медленное замораживание с регулируемым переходом между жидкостью и кристаллом и витрификация — стеклование, когда жидкие компоненты переходят в аморфное состояние. В обоих случаях даже с учетом мер предосторожности высоки риски различных криоповреждений. Например, образовавшиеся кристаллики льда могут разорвать клетку и ее отдельные органеллы, последние могут разбухнуть и опять же повредиться и так далее. Эти проблемы легко обнаружить, но могут возникать более тонкие повреждения: изменения экспрессии генов, метаболизма липидов и аномальное функционирование белков. Такие эффекты незаметны сразу, но повлияют на развитие ооцитов и эмбрионов после разморозки.
Исследователи из Новосибирского государственного университета, Института цитологии и генетики СО РАН и Института автоматики и электрометрии СО РАН решили выяснить, как заморозка скажется на поглощении и накоплении липидов у двух-четырехклеточных эмбрионов мышей, претерпевших криоконсервацию путем медленного замораживания или витрификации. В этом им помог метод рамановской спектроскопии и использование дейтерированных липидов, а именно стеариновой кислоты. Эмбрионы выдерживали в среде с добавлением изотопной метки, замораживали тем или иным способом, а затем размораживали и изучали.
Авторы выяснили, что после первого дня культивирования эмбрионы, развившиеся до стадии морулы (начинается с завершением дробления зиготы, характеризуется появлением полости) после криоконсервации, имели примерно в 1,8 раза более высокую концентрацию дейтерированной стеариновой кислоты, чем контрольные, без заморозки. В то же время в морулах после криоконсервации соотношение между количеством недейтерированных липидов и белков уменьшилось по сравнению с контрольной группой. Эмбрионы на стадии дробления (четырехклеточная клеточная стадия) после разморозки не демонстрировали существенных различий в концентрации меченых липидов по сравнению с контрольными.
Таким образом, данные рамановской спектроскопии свидетельствуют о том, криозамораживание увеличивает поглощение липидов из внешней среды, однако большую роль в этом играет стадия развития зародыша. Ученые предполагают, что дело может быть не в увеличении проницаемости мембран из-за криоповреждения, а в изменении активности генов, отвечающих за метаболизм липидов.
Результаты работы помогут при разработке протоколов культивирования эмбрионов после криоконсервации. С одной стороны, повышенная скорость накопления липидов может привести к более сильным липотоксическим эффектам для эмбрионов, а с другой — более активный метаболизм открывает возможности для их эффективного восстановления после разморозки.
