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 Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН и Института проблем передачи информации им. А.А. Харкевича РАН впервые получили малотоксичный криопротектор, что является крупным шагом на пути решения важной задачи – создания нетоксичных биоконсервантов. Работа опубликована в Journal of Non-Crystalline Solids.
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.