فرآیند خشک کردن انجمادی مزایای فراوانی را به همراه دارد و پژوهشگران اخیراً با اتکا برای این روش انتخاب شده و کار بزرگی انجام می دهند. خشک کردن انجمادی گزینه‌های غذایی متنوع‌تری دردسترس فضانوردان قرار می‌دهد و به‌لطف آن می‌توانیم توت‌فرنگی‌هایی را با پوشش شکلی درست کنیم. آنچه را که ساينس‌آلرت مي‌نويسد، پژوهشگران متوجه شدند که مي‌توانم از فنون خشک کردن انجمادي به‌منظور ذخيره‌اي اطلاعات DNA و سلول با هدف شبيه سازي (همسانه‌سازي) استفاده کنم.

خشک کردن انجمادی سلول‌ها نرخ موفقیت بسیار پایینی دارد (0.2 درصد) و به این‌زودی‌ها نمی‌توانند به یک راهکار ذخیره‌سازی شبیه‌سازی و اطلاعات سلول تبدیل شوند. بااین‌حال، پیشرفت‌های اخیر در این زمینه بسیار هیجان‌انگیز است.

پژوهشگران به هدایت سایاکا واکیامااز دانشگاه یاماناشی ژاپن در مقاله‌های جدید می‌نویسند: «حفظ تنوع زیستی اقدامی اساسی است، بااین‌حال ذخیره‌سازی سلول‌های زایشی با استفاده از نیتروژن مایع به‌عنوان منابع ژنتیکی، و هزینه‌بر و همه امکانات ممکن است هنگام بروز بلایای طبیعی به‌راحتی از بین بروند انجام شود.»

پژوهشگران در ادامه مقاله می‌گویند: «اینجا ما نشان می‌دهیم که سلول‌های سوماتیکی (پیکری) خشک‌شده به روش انجمادی می‌توانند کلون‌هایی سالم و بارور تولید کنند. نتایج بررسی‌های ما نشان می‌دهد که احتمالاً این تکنیک می‌تواند راهکارهایی را ایجاد کند، ارزان‌تر و ایمن‌تر از انرژی نیتروژن برای ساخت بانک‌های اطلاعات پزشکی (بیوبانک) منتهی شود.»

خشک کردن آن جمادی روندی تدریجی و البته شدید و طاقت‌فرسا است. پژوهشگران در این روش، چیزهای مختلف (مثل غذا) را در چند مرحله منجمد می‌کنند تا دمایشان به حدود ۸۰ درجه سانتی‌گراد برسد و سپس آن‌ها را درون یک مخزن خلأ با فشار بالا قرار دهند. فرآیند خشک کردن انجمادی به‌گونه‌های آب را به یخ تبدیل می‌کند که کریستال‌های بزرگ یخی دیواره‌ای سلول‌ها را سوراخ نمی‌کنند. در همین حین، فشار، آب را مستقیما از حالت جامد به گاز می‌کند و سپس گاز ایجاد شده به بیرون مکیده می‌شود. این فرآیند چند بار انجام می‌شود تا محصول مدنظر سبک و قابل تغییر باشد، اما حتی در این حالت نیز بخشی از ساختار محصول دست‌نخورده باقی می‌ماند.

خشک کردن انجمادی غالبا در صنعت غذا مورد استفاده قرار می‌گیرند و باعث می‌شوند مواد مغذی و طعم غذاها تغییر نکند. از این تکنیک برای محصولات دارویی و گاهی اوقات تاکسیدرمی نیز می‌شود. وقتی فرآیند خشک کردن انجمادی به پایان برسد، بعداً دانش می‌تواند دوباره فرآیند آبرسانی را انجام دهد بدون این که خواص محصول تغییر کند. این فرآیند بسیار ساده می‌شود و دهه‌ها است که با موفقیت انجام می‌شود. بااین‌حال خشک کردن انجمادی و آبرسانی مجدد سلول‌ها با هدف تولید مثل آن‌ها، داستان کاملاً متفاوتی است.

گروه همین پژوهشگران آزمایش‌های مختلف با محوریت خشک کردن انجمادی انجام دادند. در یک آزمایش، آن‌ها اسپرمی را که به روش انجمادی خشک شده بود به مدت یک سال بدون کنترل دما در داخل کشوی میز قرار دادند. آن‌ها همچنین اسپرم‌های این چنینی را به مدت پنج سال در ایستگاه فضایی بین‌المللی قرار دادند. هر دوی این اسپرم‌ها در نهایت فرزندانی زنده تولید کنند. درصد موفقیت این آزمایش در نوجوانان بیشتر بود.

پژوهشگران در مقاله‌ای خود اعلام کردند: «خشک کردن انجمادی می‌تواند بهترین راهکار را برای حفظ منابع ژنتیکی به روشی ایمان، کم‌هزینه و مستقل از مکان باشد. بااین‌حال، از تنها سلول‌هایی که گذراندن فرآیند خشک‌سازی انجمادی می‌شوند، اسپرماتوزواهای بالغ شده‌اند. جمعآوری اسپرماتوزوا از نرهای نابارور و همچنین جمعآوری اووسیت یا رویان از مواد نابارور مشکل است.»

به هنگام شبیه‌سازی حیوانات به یک سلول غیر زایا (که به آن سلول سوماتیک نیز گفته می‌شود) باید تمام DNA حیوان را در خود داشته باشد. این سلول هسته‌ای را که با DNA ایجاد شده است می‌توانم سلول تخمک را وارد کنم و پس از انجام یک‌سری کارهای خاص، روند به دنیادن فرزند شروع می‌شود.

شبیه‌سازی ساده‌ترین راه برای ذخیره‌سازی مواد ژنتیکی با هدف استفاده در آینده نیست، اما ذخیره‌سازی تمام مواد ژنتیکی هر حیوانی را می‌کند. این در حالی است که سلولهای زایا شامل تنها نیمی از مواد ژنتیکی هستند. در حال حاضر سلول‌های سوماتیک و سلول‌های زایا را می‌توان در نیتروژن ذخیره‌سازی کرد. می‌توانم انرژی نیتروژن را سریعاً افزایش داد تا سلول‌ها به زندگی برگردند.

بااین‌حال پژوهشگران می‌خواستند بفهمند که سلول‌های خشک شده به روش انجمادی چه عملکردی از خود بر جای می‌گذارند. در همین راستا پژوهشگران به سلول‌های سوماتیک موش (به‌طور دقیق‌تر، فیبروبلاست‌ها و سلول‌های کومولوس) رفتند، آن‌ها را به روش جمادی خشک کردند و سپس سلول‌ها را به مدت 9 ماه در 30 درجه سانتی‌گراد نگه داشتند.

پس از خشک کردن انجمادی‌ها همانطور که می‌شد انتظار داشت که سلول‌ها مردند و آسیب‌دیدگی به DNA وارد شد، بااین‌حال محققان موفق شدند سایر اطلاعات ژنتیکی باقیمانده را تولید کنند و سلول‌هایی را وارد کنند. سلول‌های جدید به سلول جنینی آغاز شدند. پژوهشگران سپس اطلاعات موجود در این سلول‌های جدید را افزایش داده و وارد سلول جنینی جدیدتری کردند. این تشکیل‌شده موش شبیه‌سازی را خلق کند.

همان‌طور که احتمالاً ساده‌تر اتفاق می‌افتد، شبیه‌سازی با خشک کردن جمادی روشی و کاملاً بی‌نقص نیست و تنها در 0.2 درصد از محتوای این فرآیند (از آبرسانی مجدد تا ایجاد سلول‌های جدید و سپس رشد دادن موش‌های شبیه‌سازی شده) درست انجام می‌شود. این موضوع باعث شد که موفقیت شبیه سازی موش حتی کمتر از میزان موفقیت گوسفند باشد دالی باشد. گوسفند دالی تنها 0.4 درصد شانس برای وجود داشتن داشت.

پژوهشگران می‌گویند شماره‌های موش‌ها به کلون‌هایی برای تبدیل شدن به دلیل آسیب دیدن DNA حامل چند نوع ناهنجاری اپی‌ژنیک بودند. در یک نمونه بسیار جالب، رده‌ی سلولی، کروموزوم خود را از دست داد و از نر به ماده تبدیل شد. بنابراین پژوهشگران برای تنظیم دقیق فرآیند شبیه سازی ازطریق خشک کردن انجمادی باید مطالعات بیشتری انجام دهند.

در صورت موفقیت در انجام این آزمایش، شبیه سازی حیوانات با استفاده از سلول ها و DNA تخریب شده می تواند در سایر حوزه ها نیز به همراه داشته باشد. بررسی‌ها نشان می‌دهد که در گذر زمان حتی DNAای که به بهترین روش ذخیره‌شده باشد نیز تخریب می‌شود. اگر به‌دنبال پیدا کردن روشی برای شبیه‌سازی حیوانات منقرض‌شده باید در فرآیند شبیه‌سازی از روی DNA ناقص یا تخریب‌شده به مهارت‌های بیشتری دست پیدا کنیم. تا رسیدن به روزهایی که انسان چنین مهارتی داشته باشد فاصله‌های بسیار زیادی دارد، اما آینده بسیار هیجان انگیز به نظر می‌رسد.

نتایج این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.

اگر دوست داشتی امتیاز دادن یادت نره!