Herausforderungen des Einfrierens
Einfrieren bewahrt organisches Material vor dem Verfall, verursacht aber dennoch Schäden. Das Wasser im Gewebe wird zu Eis, dessen Kristalle Zellen zerreißen. Dies führt zu matschigem Fleisch oder Obst nach dem Auftauen – und stellt ein noch größeres Problem bei gekühlten Organen oder Geweben für Transplantationen und Forschungszwecke dar.
Experiment und chemische Tests
Für die neue Studie experimentierten Wissenschaftler der Fudan University in China mit verschiedenen chemischen Verbindungen, um lebendes Hirngewebe während des Einfrierens zu erhalten. Sie testeten zunächst vielversprechende Chemikalien an Gehirn-Organoiden – kleine, laborgezüchtete Gehirngewebeklumpen.
Gefrieren und Auftauen der Organoide
Die Organoide wurden in verschiedenen Chemikalien getränkt und dann in flüssigem Stickstoff 24 Stunden lang eingefroren. Anschließend wurden sie schnell in warmem Wasser aufgetaut und auf Funktion, Wachstum und Anzeichen von Zellschäden im Laufe der Zeit untersucht. Die besten schützenden Chemikalien kamen in die nächste Runde.
Die Entdeckung von MEDY
Letztlich entwickelte das Forscherteam die vielversprechendste Mischung: MEDY. Dieser Name setzt sich aus ihren vier Hauptbestandteilen zusammen – Methylcellulose, Ethylenglykol, DMSO und Y27632. Die Wissenschaftler züchteten Mini-Gehirne unterschiedlichen Alters, froren sie in MEDY ein, tauten sie auf und überwachten sie wochenlang.
Langzeitstudien mit MEDY
Erstaunlicherweise zeigten in MEDY konservierte Gehirn-Organoide ähnliche Wachstums- und Funktionsmuster wie solche, die nie eingefroren waren. Ein Stapel Organoide wurde sogar 18 Monate lang eingefroren und wies dennoch nach dem Auftauen vergleichbare Schutzmechanismen vor Schäden auf.
Anwendung bei menschlichem Gehirngewebe
Die Forscher froren zudem Proben lebenden Gehirngewebes eines Epilepsiepatienten ein und stellten fest, dass MEDY sie vor Schäden bewahrte. Der Prozess störte weder die Struktur der Gehirnzellen noch das pathologische Muster der Epilepsie, was es ermöglicht, Proben für spätere Studien ohne verzerrte Ergebnisse einzufrieren.
Potenzielle Auswirkungen und Zukunftsaussichten
Diese neue Gefriertechnologie ermöglicht längere Aufbewahrung von Hirn-Organoiden und Proben für biomedizinische Forschung. Zukünftige Anwendungen könnten ganze Gehirne und andere Gewebe umfassen, was weitreichende Konsequenzen für die Medizin haben könnte.
Quelle: Cell Reports; Effective cryopreservation of human brain tissue and neural organoids. DOI:https://doi.org/10.1016/j.crmeth.2024.100777