Без темы
<<  Классификация кормовых угодий Российской Федерации Климат  >>
Клатратная криоконсервация биообъектов (клатобиоз)
Клатратная криоконсервация биообъектов (клатобиоз)
В задачи криобиологии входит разработка способов длительного
В задачи криобиологии входит разработка способов длительного
Конечная цель — анабиоз человека
Конечная цель — анабиоз человека
Четверть века назад нами была обнаружена закономерность, указывающая
Четверть века назад нами была обнаружена закономерность, указывающая
Клатратная криоконсервация биообъектов (клатобиоз)
Клатратная криоконсервация биообъектов (клатобиоз)
Ещё в 1912 году русский учёный-ботаник Максимов Н.А. (1880—1952) при
Ещё в 1912 году русский учёный-ботаник Максимов Н.А. (1880—1952) при
К настоящему времени уже выработалось понимание того, что коль речь
К настоящему времени уже выработалось понимание того, что коль речь
Анабиоз широко-распространённое природное явление
Анабиоз широко-распространённое природное явление
Микроскопические черви коловратки легко переходят к анабиозу
Микроскопические черви коловратки легко переходят к анабиозу
Плоские черви нематоды впадают в анабиотическое состояние посезонно
Плоские черви нематоды впадают в анабиотическое состояние посезонно
Тихоходки способны пребывать в состоянии анабиоза веками
Тихоходки способны пребывать в состоянии анабиоза веками
Способностью впадать в анабиоз обладают спорообразующие бактерии
Способностью впадать в анабиоз обладают спорообразующие бактерии
Анабиоз — это существование организмов и их частей в состоянии
Анабиоз — это существование организмов и их частей в состоянии
Так человеческий организм на 78% состоит из воды
Так человеческий организм на 78% состоит из воды
Необходимым условием жизнедеятельности любого организма является
Необходимым условием жизнедеятельности любого организма является
Вода составляет основу организма
Вода составляет основу организма
В самой же клетке вода находится в двух формах: свободной и связанной
В самой же клетке вода находится в двух формах: свободной и связанной
Свободная вода участвует в биохимических реакциях
Свободная вода участвует в биохимических реакциях
Связанной называют воду, молекулы которой физически или химически
Связанной называют воду, молекулы которой физически или химически
По сути все биохимические процессы в живой клетке сводятся к
По сути все биохимические процессы в живой клетке сводятся к
Снижение содержания свободной (биологически активной) воды и есть
Снижение содержания свободной (биологически активной) воды и есть
Таким образом, переход к какому-либо виду анабиоза всегда происходит
Таким образом, переход к какому-либо виду анабиоза всегда происходит
При анабиозе в результате глубокого охлаждения (по-другому — это
При анабиозе в результате глубокого охлаждения (по-другому — это
Кристаллизация — процесс перехода вещества из жидкого состояния в
Кристаллизация — процесс перехода вещества из жидкого состояния в
Кристаллическая структура обычного льда (гексагонального): молекулы
Кристаллическая структура обычного льда (гексагонального): молекулы
Образование кристаллов льда внутри клеток — самый важный повреждающий
Образование кристаллов льда внутри клеток — самый важный повреждающий
Внутриклеточное кристаллообразование
Внутриклеточное кристаллообразование
Присутствует некое естественное природное рассогласование: для
Присутствует некое естественное природное рассогласование: для
Вещества, способные снизить повреждающее действие физико-химических
Вещества, способные снизить повреждающее действие физико-химических
Криопротекторы (~100)
Криопротекторы (~100)
Формирование кристаллов льда без криопротекторов
Формирование кристаллов льда без криопротекторов
Криопротекторы подавляют рост кристаллов льда в растворе 
Криопротекторы подавляют рост кристаллов льда в растворе 
Недостатки криопротекторов
Недостатки криопротекторов
Подбор криопротекторов проводят эмпирически по принципу наименьшей
Подбор криопротекторов проводят эмпирически по принципу наименьшей
Криоконсервация мелких биологических объектов, находящихся в
Криоконсервация мелких биологических объектов, находящихся в
Наибольшая по размеру клетка в человеческом организме — это яйцеклетка
Наибольшая по размеру клетка в человеческом организме — это яйцеклетка
Самая же маленькая клетка — это сперматозоид
Самая же маленькая клетка — это сперматозоид
Эмбрион мыши в стадии бластоцита (0,1 мм)
Эмбрион мыши в стадии бластоцита (0,1 мм)
Эмбрион морской звезды на четвертом клеточном этапе при увеличении в
Эмбрион морской звезды на четвертом клеточном этапе при увеличении в
Эмбрион человека (0,1 мм)
Эмбрион человека (0,1 мм)
Консервация замораживанием отработана для эритроцитов, клеток костного
Консервация замораживанием отработана для эритроцитов, клеток костного
Криоконсервация крупных биологических объектов, пребывающих в
Криоконсервация крупных биологических объектов, пребывающих в
За долгие десятилетия своего существования, криобиология не оправдала
За долгие десятилетия своего существования, криобиология не оправдала
Криоконсервация хорошо отработана лишь на объектах, имеющих радиус не
Криоконсервация хорошо отработана лишь на объектах, имеющих радиус не
В криобиологии всё, что более 1-го миллиметра относится к «крупным»
В криобиологии всё, что более 1-го миллиметра относится к «крупным»
Таким образом, вне зависимости от используемых методов и скоростей
Таким образом, вне зависимости от используемых методов и скоростей
А есть ещё своя — «персональная» проблема при замораживании высшего
А есть ещё своя — «персональная» проблема при замораживании высшего
Защитой нервных клеток от вредных веществ (в том числе и
Защитой нервных клеток от вредных веществ (в том числе и
Итак
Итак
Наступающая кристаллизация («фронт кристаллизации») распространяется
Наступающая кристаллизация («фронт кристаллизации») распространяется
Ведь известно, что превращаясь в обычный гексагональный лёд, вода
Ведь известно, что превращаясь в обычный гексагональный лёд, вода
А при замерзании даже в стальных водопроводных трубах лёд легко
А при замерзании даже в стальных водопроводных трубах лёд легко
К тому же холод не распространяется в тканях мгновенно
К тому же холод не распространяется в тканях мгновенно
Простой пример значительной инерционности процесса замораживания до
Простой пример значительной инерционности процесса замораживания до
Даже для замораживания самого обычного цветка необходимо достаточно
Даже для замораживания самого обычного цветка необходимо достаточно
Низкое отношение поверхности замораживаемого органа к его объёму
Низкое отношение поверхности замораживаемого органа к его объёму
Да и сами жидкие криопротекторы неравномерно распределяются в объёме
Да и сами жидкие криопротекторы неравномерно распределяются в объёме
Несостоятельность обычных криопротекторов для органного случая вполне
Несостоятельность обычных криопротекторов для органного случая вполне
«Криоконсервация органов является проблемой, не разрешённой ни в
«Криоконсервация органов является проблемой, не разрешённой ни в
Путь разрешения данной проблемы — образование клатратных гидратов
Путь разрешения данной проблемы — образование клатратных гидратов
Клатраты — тип гидратов, состоящих из молекул газов, заключённых в
Клатраты — тип гидратов, состоящих из молекул газов, заключённых в
В природе наиболее широко распространён гидрат метана
В природе наиболее широко распространён гидрат метана
Газовые гидраты не относятся ни к одному из 11 типов льда, хотя внешне
Газовые гидраты не относятся ни к одному из 11 типов льда, хотя внешне
Гидратные пробки могут полностью перекрыть проток в магистральных
Гидратные пробки могут полностью перекрыть проток в магистральных
Гидрат метана стабилен при температуре 0 °C и давлении порядка 25 бар
Гидрат метана стабилен при температуре 0 °C и давлении порядка 25 бар
Образование газового гидрата в лабораторных условиях
Образование газового гидрата в лабораторных условиях
Небольшой экскурс в историю
Небольшой экскурс в историю
Британский естествоиспытатель Джозеф Пристли (1733 — 1804) ещё в 1778
Британский естествоиспытатель Джозеф Пристли (1733 — 1804) ещё в 1778
Советский учёный-химик Никитин Борис Александрович (1906—1952) в 1936
Советский учёный-химик Никитин Борис Александрович (1906—1952) в 1936
Основатель токсикологии в СССР Лазарев Николай Васильевич (1895—1974)
Основатель токсикологии в СССР Лазарев Николай Васильевич (1895—1974)
Лауреат Нобелевской премии по химии Полинг Лайнус Карл (1901 – 1994)
Лауреат Нобелевской премии по химии Полинг Лайнус Карл (1901 – 1994)
Американский химик Миллер Стэнли Ллойд (1930 — 2007), сотрудник
Американский химик Миллер Стэнли Ллойд (1930 — 2007), сотрудник
В 1970-е годы выдающийся микробиолог Абызов Сабит Салахутдинович с
В 1970-е годы выдающийся микробиолог Абызов Сабит Салахутдинович с
Ещё во времена работы в академической группе академика Кованова В.В
Ещё во времена работы в академической группе академика Кованова В.В
Бактериям, попавшим в древний лёд Земли миллионы лет назад, по всей
Бактериям, попавшим в древний лёд Земли миллионы лет назад, по всей
Прикладные аспекты клатратного анабиоза
Прикладные аспекты клатратного анабиоза
Суть неизвестной ранее науке закономерности, экспериментально
Суть неизвестной ранее науке закономерности, экспериментально
Это неизвестное ранее проявление жизнеспособности и получило в
Это неизвестное ранее проявление жизнеспособности и получило в
Клатратный анабиоз (от clathratus — загороженный и от anabiosis —
Клатратный анабиоз (от clathratus — загороженный и от anabiosis —
ИТАК
ИТАК
В своё время Академик Шумаков Валерий Иванович (1931 — 2008) изучал в
В своё время Академик Шумаков Валерий Иванович (1931 — 2008) изучал в
Даже после 8-ми дней консервации почки данным методом не
Даже после 8-ми дней консервации почки данным методом не
ПРЕДДВЕРИЕ КЛАТРАТНОГО АНАБИОЗА — Эксперименты с глубокой гипотермией
ПРЕДДВЕРИЕ КЛАТРАТНОГО АНАБИОЗА — Эксперименты с глубокой гипотермией
Самая первая лабораторная крио-барокамера для мелких животных (крысы)
Самая первая лабораторная крио-барокамера для мелких животных (крысы)
ОБРАТИМАЯ ГЛУБОКАЯ ГИПОТЕРМИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА КРЫС [Обратимая
ОБРАТИМАЯ ГЛУБОКАЯ ГИПОТЕРМИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА КРЫС [Обратимая
Клатратная криоконсервация биообъектов (клатобиоз)
Клатратная криоконсервация биообъектов (клатобиоз)
ВЫБОР СКОРОСТИ СОГРЕВАНИЯ ОРГАНИЗМА ПОСЛЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ГЛУБОКОЙ
ВЫБОР СКОРОСТИ СОГРЕВАНИЯ ОРГАНИЗМА ПОСЛЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ГЛУБОКОЙ
Выбор скорости согревания организма
Выбор скорости согревания организма
Клатратный анабиоз: эксперименты на целостном организме
Клатратный анабиоз: эксперименты на целостном организме
Клатратный анабиоз: эксперименты на изолированных органах
Клатратный анабиоз: эксперименты на изолированных органах
На основе обнаруженной закономерности создано оригинальное изобретение
На основе обнаруженной закономерности создано оригинальное изобретение
Клатратная криоконсервация
Клатратная криоконсервация
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КЛАТРАТНОГО АНАБИОЗА (в первом приближении)
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КЛАТРАТНОГО АНАБИОЗА (в первом приближении)
Надёжность и продолжительность оригинальной криоконсервации
Надёжность и продолжительность оригинальной криоконсервации
Так продукт замораживания может быть значительно более легко заморожен
Так продукт замораживания может быть значительно более легко заморожен
Зародышевые кристаллики инициируют кристаллизацию
Зародышевые кристаллики инициируют кристаллизацию
Микроструктуры газогидратов — это и есть зародышевые кристаллики,
Микроструктуры газогидратов — это и есть зародышевые кристаллики,
А известно, как только во внутриклеточной жидкости образуются
А известно, как только во внутриклеточной жидкости образуются
Для получения при 0оС зародышевых кристалликов в виде гидрата ксенона
Для получения при 0оС зародышевых кристалликов в виде гидрата ксенона
Взгляд на перспективу
Взгляд на перспективу
Всё «искусственно-задействованное», что по шкале линейных размеров
Всё «искусственно-задействованное», что по шкале линейных размеров
Клатратная криоконсервация биообъектов (клатобиоз)
Клатратная криоконсервация биообъектов (клатобиоз)
Например, по клатратному принципу можно провести полезную и
Например, по клатратному принципу можно провести полезную и
Или же попытаться осуществить криоконсервацию живого организма
Или же попытаться осуществить криоконсервацию живого организма
Барокамера БКИ-192 — вполне готовый узел для изготовления уже большой
Барокамера БКИ-192 — вполне готовый узел для изготовления уже большой
Клатратный анабиоз как способ путешествия во времени и пространстве
Клатратный анабиоз как способ путешествия во времени и пространстве
Возможный вариант клатратной установки для человека
Возможный вариант клатратной установки для человека
Вариант системы спасения на антарктической станции или на подводной
Вариант системы спасения на антарктической станции или на подводной
Клатратный анабиоз открывает и космические горизонты
Клатратный анабиоз открывает и космические горизонты
Возможный вариант компоновки на космическом корабле
Возможный вариант компоновки на космическом корабле
Марс ждёт
Марс ждёт

Презентация на тему: «Клатратная криоконсервация биообъектов (клатобиоз)». Автор: Даша. Файл: «Клатратная криоконсервация биообъектов (клатобиоз).pptx». Размер zip-архива: 8923 КБ.

Клатратная криоконсервация биообъектов (клатобиоз)

содержание презентации «Клатратная криоконсервация биообъектов (клатобиоз).pptx»
СлайдТекст
1 Клатратная криоконсервация биообъектов (клатобиоз)

Клатратная криоконсервация биообъектов (клатобиоз)

Тельпухов Владимир Иванович Щербаков Павел Васильевич Хохлов Алексей Валерьевич Люндуп Алексей Валерьевич

2 В задачи криобиологии входит разработка способов длительного

В задачи криобиологии входит разработка способов длительного

консервирования биологических объектов в жизнеспособном состоянии путём их глубокого замораживания.

3 Конечная цель — анабиоз человека

Конечная цель — анабиоз человека

4 Четверть века назад нами была обнаружена закономерность, указывающая

Четверть века назад нами была обнаружена закономерность, указывающая

на существовании в природе такого, ещё неизвестного науке проявления жизнеспособности как КЛАТОБИОЗ Его достоверность подкреплена рядом успешных и независимых исследований Уже сегодня в рамках самой криобиологии происходит формирование совершено нового направления под общим названием «Клатратная криоконсервация» Что можно отметить и по заинтересованности в проведении семинара «Криоконсервация органов и тканей», организованного Фондом перспективных исследований 20.02.14 года

5 Клатратная криоконсервация биообъектов (клатобиоз)
6 Ещё в 1912 году русский учёный-ботаник Максимов Н.А. (1880—1952) при

Ещё в 1912 году русский учёный-ботаник Максимов Н.А. (1880—1952) при

переохлаждении биологической ткани растительной природы открыл защитное действие глицерина. Это судьбоносное событие и положило начало науке, которая сформировалась в известную всем нам сегодняшнюю криобиологию лишь к средине ХХ века

7 К настоящему времени уже выработалось понимание того, что коль речь

К настоящему времени уже выработалось понимание того, что коль речь

заходит вообще о «криоконсервации», то сразу же подразумевается — биологические объекты (клетки, ткани, органы, простейшие организмы) пребывают именно в анабиозе

8 Анабиоз широко-распространённое природное явление

Анабиоз широко-распространённое природное явление

9 Микроскопические черви коловратки легко переходят к анабиозу

Микроскопические черви коловратки легко переходят к анабиозу

10 Плоские черви нематоды впадают в анабиотическое состояние посезонно

Плоские черви нематоды впадают в анабиотическое состояние посезонно

11 Тихоходки способны пребывать в состоянии анабиоза веками

Тихоходки способны пребывать в состоянии анабиоза веками

12 Способностью впадать в анабиоз обладают спорообразующие бактерии

Способностью впадать в анабиоз обладают спорообразующие бактерии

13 Анабиоз — это существование организмов и их частей в состоянии

Анабиоз — это существование организмов и их частей в состоянии

временного обратимого прекращения жизнедеятельности в результате выведения свободной (биологически активной) воды из биохимических взаимодействий в клетке.

14 Так человеческий организм на 78% состоит из воды

Так человеческий организм на 78% состоит из воды

Самая большая насыщенность водой в тканях головного мозга, печени, паренхиматозных органах. Даже кости на 20% состоят из воды, а зубы на 10%

15 Необходимым условием жизнедеятельности любого организма является

Необходимым условием жизнедеятельности любого организма является

транспорт воды. Вода задействована в перемещении различных питательных веществ и продуктов обмена. Она проходит сквозь клеточную мембрану совершенно свободно путем осмоса.

16 Вода составляет основу организма

Вода составляет основу организма

Клетки буквально «плавают» в водном растворе межклеточной жидкости.

17 В самой же клетке вода находится в двух формах: свободной и связанной

В самой же клетке вода находится в двух формах: свободной и связанной

Вода составляет до 80% её массы. Из всей этой клеточной воды свободная вода составляет 95 %

18 Свободная вода участвует в биохимических реакциях

Свободная вода участвует в биохимических реакциях

вободная вода участвует в биохимических реакциях. В ней растворены органические и минеральные вещества. При высушивании и замораживании свободная вода легко удаляется. При удалении свободной воды гибели клетки не происходит.

19 Связанной называют воду, молекулы которой физически или химически

Связанной называют воду, молекулы которой физически или химически

соединены с другими веществами. Она не растворяет кристаллы, не активизирует многие биохимические процессы. Связанная вода входит в состав коллоидов клетки и с трудом высвобождается из них. С потерей связанной воды нарушаются клеточные структуры, и наступает гибель клетки.

20 По сути все биохимические процессы в живой клетке сводятся к

По сути все биохимические процессы в живой клетке сводятся к

химическим реакциям в водном растворе

21 Снижение содержания свободной (биологически активной) воды и есть

Снижение содержания свободной (биологически активной) воды и есть

физико-химическая основа перехода к любому из трёх известных на сегодня видов анабиоза. А это есть «анабиоз в результате высыхания», «анабиоз в результате глубокого охлаждения», «анабиоз в результате нахождения в среде с высокой концентрацией солей и высоким осмотическим давлением»

22 Таким образом, переход к какому-либо виду анабиоза всегда происходит

Таким образом, переход к какому-либо виду анабиоза всегда происходит

или при отнятии воды из клеток (высушивание и осмос), или при её иммобилизации (замораживание)

23 При анабиозе в результате глубокого охлаждения (по-другому — это

При анабиозе в результате глубокого охлаждения (по-другому — это

«криоанабиоз»), иммобилизация свободной воды происходит только путём образования обычного льда (в виде кристаллов или в аморфном стеклообразном состоянии).

24 Кристаллизация — процесс перехода вещества из жидкого состояния в

Кристаллизация — процесс перехода вещества из жидкого состояния в

кристаллическое

25 Кристаллическая структура обычного льда (гексагонального): молекулы

Кристаллическая структура обычного льда (гексагонального): молекулы

воды соединены в правильные шестиугольники

26 Образование кристаллов льда внутри клеток — самый важный повреждающий

Образование кристаллов льда внутри клеток — самый важный повреждающий

фактор при криоконсервации

27 Внутриклеточное кристаллообразование

Внутриклеточное кристаллообразование

2. Рост кристаллов :

— Оптимальная температура -40оС

— Максимальная скорость роста при -2…-10оС — Очень малая скорость роста при -30оС — Вообще нет роста при -130оС

1. Формирование центров кристаллизации :

28 Присутствует некое естественное природное рассогласование: для

Присутствует некое естественное природное рассогласование: для

интенсивного роста кристаллов льда необходимы температуры в ?2…?10 °C, но наиболее благоприятная для этого процесса температура формирования самих центров кристаллизации ещё не достигнута (?40 °С)

29 Вещества, способные снизить повреждающее действие физико-химических

Вещества, способные снизить повреждающее действие физико-химических

факторов при криоконсервации — это криопротекторы

30 Криопротекторы (~100)

Криопротекторы (~100)

ПРОНИКАЮЩИЕ — ЭНДОЦЕЛЛЮЛЯРНЫЕ (диметил-сульфоксид, глицерин, глюкоза, …):

НЕПРОНИКАЮЩИЕ — ЭКЗОЦЕЛЛЮЛЯРНЫЕ (полиэтиленоксид, поливинилпирролидон, …) :

— Препятствуют росту кристаллов внеклеточного льда — Препятствуют осмотическим перепадам — Способствуют снижению концентрации ПРОНИКАЮЩИХ, а значит и токсичности последних — Защищают плазматические мембраны

— Снижают температуру замерзания — Образуют водородные связи с молекулами воды, чем и препятствуют формированию кристаллов льда — Связывают часть свободной воды, что уменьшает общую дегидратацию клеток — Разбавляют образующийся при кристаллизации «рассол», не давая белкам денатурироваться — Стабилизируют структуру макромолекул клетки за счёт образования с ними водородных связей

31 Формирование кристаллов льда без криопротекторов

Формирование кристаллов льда без криопротекторов

32 Криопротекторы подавляют рост кристаллов льда в растворе 

Криопротекторы подавляют рост кристаллов льда в растворе 

риопротекторы подавляют рост кристаллов льда в растворе

33 Недостатки криопротекторов

Недостатки криопротекторов

— Токсичны: в концентрациях для достижения сколь-либо явного эффекта ядовиты — Недостаточно эффективны — Проблематична их эвакуация

34 Подбор криопротекторов проводят эмпирически по принципу наименьшей

Подбор криопротекторов проводят эмпирически по принципу наименьшей

токсичности и оптимального эффекта (метод — «пальцем в небо»)

35 Криоконсервация мелких биологических объектов, находящихся в

Криоконсервация мелких биологических объектов, находящихся в

криоанабиозе — уже сегодняшняя реальность

36 Наибольшая по размеру клетка в человеческом организме — это яйцеклетка

Наибольшая по размеру клетка в человеческом организме — это яйцеклетка

По своему диаметру она, приблизительно, 130 мкм

37 Самая же маленькая клетка — это сперматозоид

Самая же маленькая клетка — это сперматозоид

Приблизительная толщина сперматозоида — 55 мкм, по ширине она — 5 мкм, в длину же достигает 3,5 мкм

38 Эмбрион мыши в стадии бластоцита (0,1 мм)

Эмбрион мыши в стадии бластоцита (0,1 мм)

39 Эмбрион морской звезды на четвертом клеточном этапе при увеличении в

Эмбрион морской звезды на четвертом клеточном этапе при увеличении в

60 раз

40 Эмбрион человека (0,1 мм)

Эмбрион человека (0,1 мм)

41 Консервация замораживанием отработана для эритроцитов, клеток костного

Консервация замораживанием отработана для эритроцитов, клеток костного

мозга, сперматозоидов, ранних (преимплантационных) эмбрионов, фрагментов щитовидной и поджелудочных желёз

42 Криоконсервация крупных биологических объектов, пребывающих в

Криоконсервация крупных биологических объектов, пребывающих в

состоянии анабиоза — пока ещё фантастика

43 За долгие десятилетия своего существования, криобиология не оправдала

За долгие десятилетия своего существования, криобиология не оправдала

самого главного от неё ожидания –эффективной криоконсервации органов

44 Криоконсервация хорошо отработана лишь на объектах, имеющих радиус не

Криоконсервация хорошо отработана лишь на объектах, имеющих радиус не

более 1-го миллиметра. Ведь отношение поверхности и объема у органов очень далеко от необходимого для этого оптимума. Чем больше орган, тем меньше соотношение поверхности и объема.

45 В криобиологии всё, что более 1-го миллиметра относится к «крупным»

В криобиологии всё, что более 1-го миллиметра относится к «крупным»

биологическим объектам

46 Таким образом, вне зависимости от используемых методов и скоростей

Таким образом, вне зависимости от используемых методов и скоростей

замораживания невозможно криоконсервировать, а затем вернуть к жизни целый организм человека

47 А есть ещё своя — «персональная» проблема при замораживании высшего

А есть ещё своя — «персональная» проблема при замораживании высшего

млекопитающего

48 Защитой нервных клеток от вредных веществ (в том числе и

Защитой нервных клеток от вредных веществ (в том числе и

криопротекторов) служит гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). Поэтому при замораживании всего организма, эти клетки, как наиболее слабое звено, разрушатся в первую очередь. Криопротекторы просто не в состоянии сюда проникнуть !

49 Итак

Итак

Заморозить объёмные биологические объекты путём простого теплосъёма без повреждений в них в принципе невозможно — не позволяют законы тепло-физики: низкое отношение поверхности объекта к его объёму

50 Наступающая кристаллизация («фронт кристаллизации») распространяется

Наступающая кристаллизация («фронт кристаллизации») распространяется

от переферии к центру неравномерно, что ведёт к растрескиванию ранее замёржших предыдущих слоёв

51 Ведь известно, что превращаясь в обычный гексагональный лёд, вода

Ведь известно, что превращаясь в обычный гексагональный лёд, вода

значительно увеличивается в объёме

52 А при замерзании даже в стальных водопроводных трубах лёд легко

А при замерзании даже в стальных водопроводных трубах лёд легко

разрывает их

53 К тому же холод не распространяется в тканях мгновенно

К тому же холод не распространяется в тканях мгновенно

54 Простой пример значительной инерционности процесса замораживания до

Простой пример значительной инерционности процесса замораживания до

криогенных температур. Охлаждать дверной замок жидким азотом до ?196 °C, что бы потом расколоть его одним ударом молотка, потребуется не менее 5 минут.

55 Даже для замораживания самого обычного цветка необходимо достаточно

Даже для замораживания самого обычного цветка необходимо достаточно

продолжительное время его пребывания в жидком азоте Отчасти это связано и с весьма низкой теплоёмкостью азота

56 Низкое отношение поверхности замораживаемого органа к его объёму

Низкое отношение поверхности замораживаемого органа к его объёму

создаёт существенные затруднения для теплопереноса в процессе охлаждения и приводит к появлению высоких температурных градиентов и ими обусловленных градиентов давления по всему объёму органа

57 Да и сами жидкие криопротекторы неравномерно распределяются в объёме

Да и сами жидкие криопротекторы неравномерно распределяются в объёме

крупного биообъекта (например, в органе млекопитающего) и потому плохо защищают от повреждений значительную часть его клеток

58 Несостоятельность обычных криопротекторов для органного случая вполне

Несостоятельность обычных криопротекторов для органного случая вполне

очевидна

59 «Криоконсервация органов является проблемой, не разрешённой ни в

«Криоконсервация органов является проблемой, не разрешённой ни в

теоретическом, ни в практическом отношении» [шумаков], а «теоретические представления о причинах и механизмах крио-повреждения и криозащиты представляют собой совокупность разрозненных концепций с ограниченной областью применения» [белоус]

60 Путь разрешения данной проблемы — образование клатратных гидратов

Путь разрешения данной проблемы — образование клатратных гидратов

61 Клатраты — тип гидратов, состоящих из молекул газов, заключённых в

Клатраты — тип гидратов, состоящих из молекул газов, заключённых в

ячейки-решётки из молекул воды

62 В природе наиболее широко распространён гидрат метана

В природе наиболее широко распространён гидрат метана

Один кубический метр гидрата содержит 164 кубических метра природного газа

63 Газовые гидраты не относятся ни к одному из 11 типов льда, хотя внешне

Газовые гидраты не относятся ни к одному из 11 типов льда, хотя внешне

похожи

64 Гидратные пробки могут полностью перекрыть проток в магистральных

Гидратные пробки могут полностью перекрыть проток в магистральных

трубопроводах, но совершенно без последствий для самих труб

65 Гидрат метана стабилен при температуре 0 °C и давлении порядка 25 бар

Гидрат метана стабилен при температуре 0 °C и давлении порядка 25 бар

и выше. Такое давление имеет место на глубине океана около 250 м. При атмосферном давлении гидрат метана сохраняет устойчивость при температуре ?80 °C.

66 Образование газового гидрата в лабораторных условиях

Образование газового гидрата в лабораторных условиях

Фаза 2

Фаза 1

67 Небольшой экскурс в историю

Небольшой экскурс в историю

68 Британский естествоиспытатель Джозеф Пристли (1733 — 1804) ещё в 1778

Британский естествоиспытатель Джозеф Пристли (1733 — 1804) ещё в 1778

году получил «совершенно необычный лёд», как результат взаимодействия сернистого газа с водой.

69 Советский учёный-химик Никитин Борис Александрович (1906—1952) в 1936

Советский учёный-химик Никитин Борис Александрович (1906—1952) в 1936

году приступил к изучению гидратов инертных газов.

70 Основатель токсикологии в СССР Лазарев Николай Васильевич (1895—1974)

Основатель токсикологии в СССР Лазарев Николай Васильевич (1895—1974)

впервые предсказал наркотические свойства криптона и ксенона, показал, что при небольших давлениях в среде инертных газов задерживаются скисание молока и гниение мяса.

71 Лауреат Нобелевской премии по химии Полинг Лайнус Карл (1901 – 1994)

Лауреат Нобелевской премии по химии Полинг Лайнус Карл (1901 – 1994)

взял за основу многообещающие русские исследования и разработал в 1961 году свою Новую молекулярную теорию наркоза. Он предположил, что образующиеся при нормальной температуре в водной среде организма так называемые «микрокристаллогидраты» инертных газов тормозят биоэлектрическую активность и клеточный метаболизм.

72 Американский химик Миллер Стэнли Ллойд (1930 — 2007), сотрудник

Американский химик Миллер Стэнли Ллойд (1930 — 2007), сотрудник

известного Калифорнийского университета, обнаружил в Антарктиде огромные залежи необычного льда. Он сам же назвал этот минерал – «клатратный лёд».

73 В 1970-е годы выдающийся микробиолог Абызов Сабит Салахутдинович с

В 1970-е годы выдающийся микробиолог Абызов Сабит Салахутдинович с

соавторами провели микробиологические исследования кернов льда, взятых с различных глубин-горизонтов Антарктиды, пользуясь специальным стерильным бурением девственного ледяного панциря. Результатом данной работы явилось научное открытие «Явление сверхдлительного анабиоза у микроорганизмов».

74 Ещё во времена работы в академической группе академика Кованова В.В

Ещё во времена работы в академической группе академика Кованова В.В

мы обратили внимание на парадоксальную жизнеспособность микроорганизмов, пролежавших во льдах Антарктиды до одного миллиона лет, что и сопоставили с фактами существования здесь же огромных залежей «клатратного льда». Так родилось предположение, что условия низких температур и повышенных давлений, при которых появляются устойчивые клатратные соединения (в том числе и в самих микроорганизмах), вообще характерны для сохранения биологических объектов в жизнеспособном состоянии. И не только во льдах Антарктики, но и во всех других ледовых зонах Земли. Именно эти качества присущи клатратному анабиозу , обнаруженному нами ранее

75 Бактериям, попавшим в древний лёд Земли миллионы лет назад, по всей

Бактериям, попавшим в древний лёд Земли миллионы лет назад, по всей

видимости, помогли остаться в живых газы атмосферы, образовавшие в клетках клатраты

76 Прикладные аспекты клатратного анабиоза

Прикладные аспекты клатратного анабиоза

77 Суть неизвестной ранее науке закономерности, экспериментально

Суть неизвестной ранее науке закономерности, экспериментально

обнаруженной и теоретически обоснованной нашим коллективом в том, что : «биологические объекты, насыщенные способными к гидратобразованию постоянными и непостоянными составными частями атмосферного воздуха, в условиях низких температур и повышенного давления остаются в жизнеспособном состоянии» То есть, переходят к некоему анабиозу !

78 Это неизвестное ранее проявление жизнеспособности и получило в

Это неизвестное ранее проявление жизнеспособности и получило в

авторской интерпретации собственное имя — «Клатратный анабиоз»

79 Клатратный анабиоз (от clathratus — загороженный и от anabiosis —

Клатратный анабиоз (от clathratus — загороженный и от anabiosis —

латратный анабиоз (от clathratus — загороженный и от anabiosis — оживление) или сокр. клатобиоз — существование организмов и их частей в состоянии временного обратимого прекращения жизнедеятельности в результате выведения свободной (биологически активной) воды из биохимических взаимодействий в клетке — путём образования клатратов

80 ИТАК

ИТАК

ПО СУТИ, БЫЛ ОБНАРУЖЕН СОВЕРШЕННО НОВЫЙ ВИД АНАБИОЗА Вот как это было…

81 В своё время Академик Шумаков Валерий Иванович (1931 — 2008) изучал в

В своё время Академик Шумаков Валерий Иванович (1931 — 2008) изучал в

эксперименте консервацию тканей и органов в условиях пониженных температур (около-нулевые положительные температуры) и гипербарии инертными газами, основанную на эффекте Полинга.

82 Даже после 8-ми дней консервации почки данным методом не

Даже после 8-ми дней консервации почки данным методом не

обнаруживаются явно-выраженные гистохимические и гистоморфологические изменения

83 ПРЕДДВЕРИЕ КЛАТРАТНОГО АНАБИОЗА — Эксперименты с глубокой гипотермией

ПРЕДДВЕРИЕ КЛАТРАТНОГО АНАБИОЗА — Эксперименты с глубокой гипотермией

(до 0оС)

84 Самая первая лабораторная крио-барокамера для мелких животных (крысы)

Самая первая лабораторная крио-барокамера для мелких животных (крысы)

85 ОБРАТИМАЯ ГЛУБОКАЯ ГИПОТЕРМИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА КРЫС [Обратимая

ОБРАТИМАЯ ГЛУБОКАЯ ГИПОТЕРМИЯ ЦЕЛОСТНОГО ОРГАНИЗМА КРЫС [Обратимая

глубокая гипотермия целостного организма крыс / П.В. Щербаков, В.И. Тельпухов, А.В. Хохлов А.В.// Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. – 1989. – Т. 107. – № 5. – С. 543-545.]

86 Клатратная криоконсервация биообъектов (клатобиоз)
87 ВЫБОР СКОРОСТИ СОГРЕВАНИЯ ОРГАНИЗМА ПОСЛЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ГЛУБОКОЙ

ВЫБОР СКОРОСТИ СОГРЕВАНИЯ ОРГАНИЗМА ПОСЛЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ГЛУБОКОЙ

ГИПОТЕРМИИ [Выбор скорости согревания организма после экспериментальной глубокой гипотермии / Щербаков П.В., Тельпухов В.И., Хохлов А.В. // Экспериментальное и клиническое обоснование методов криомедицины: Сб. науч. тр. / Редкол.: Сандомирский Б.П. (отв. ред.) и др. / – Харьков; Институт проблем криобиологии и криомедицины АН УССР, 1988. – С. 160-164.]

88 Выбор скорости согревания организма

Выбор скорости согревания организма

89 Клатратный анабиоз: эксперименты на целостном организме

Клатратный анабиоз: эксперименты на целостном организме

90 Клатратный анабиоз: эксперименты на изолированных органах

Клатратный анабиоз: эксперименты на изолированных органах

91 На основе обнаруженной закономерности создано оригинальное изобретение

На основе обнаруженной закономерности создано оригинальное изобретение

защищённое патентом: «Способ криоконсервации органов и тканей in situ»

92 Клатратная криоконсервация

Клатратная криоконсервация

93 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КЛАТРАТНОГО АНАБИОЗА (в первом приближении)

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КЛАТРАТНОГО АНАБИОЗА (в первом приближении)

94 Надёжность и продолжительность оригинальной криоконсервации

Надёжность и продолжительность оригинальной криоконсервации

теоретически объясняется появлением по всему объёму биологического объекта микро-кристаллогидратов атмосферных газов. Имеет место быть гибридная кристаллизация

95 Так продукт замораживания может быть значительно более легко заморожен

Так продукт замораживания может быть значительно более легко заморожен

в присутствии некоего инициатора образования центров кристаллизации льда («зародышевых кристалликов»). То есть, даже при более высокой температуре, чем при спонтанном замораживании

96 Зародышевые кристаллики инициируют кристаллизацию

Зародышевые кристаллики инициируют кристаллизацию

97 Микроструктуры газогидратов — это и есть зародышевые кристаллики,

Микроструктуры газогидратов — это и есть зародышевые кристаллики,

инициирующие масштабную кристаллизацию свободной воды, причём сразу по всему объёму клетки

98 А известно, как только во внутриклеточной жидкости образуются

А известно, как только во внутриклеточной жидкости образуются

многочисленные центры кристаллизации, она мгновенно переходит в твердое состояние

99 Для получения при 0оС зародышевых кристалликов в виде гидрата ксенона

Для получения при 0оС зародышевых кристалликов в виде гидрата ксенона

достаточно приложить 1,5 атм, гидрата криптона — 14,5 атм, гидрата аргона — 105 атм. Но для кристаллогидратов ксенона при -3,4оС, криптона при -27,8оС, аргона при -42,8оС давление диссоциации соответствует нормальному атмосферному давлению

100 Взгляд на перспективу

Взгляд на перспективу

101 Всё «искусственно-задействованное», что по шкале линейных размеров

Всё «искусственно-задействованное», что по шкале линейных размеров

ниже величины 100 нм — относится к нанотехнологиям. Понятно, что и в нашем случае, синтетические процессы, развивающиеся в клетке, не просто напрямую зависят от воздействия внешних физических факторов (от температуры и давления), а ими можно ещё и манипулировать со стороны, варьируя этими двумя параметрами (управлять). При этом непосредственные объекты управления своими ничтожными размерами вполне вписываются в приведённое строгое ограничение. То есть — самые настоящие нанотехнологии !

102 Клатратная криоконсервация биообъектов (клатобиоз)
103 Например, по клатратному принципу можно провести полезную и

Например, по клатратному принципу можно провести полезную и

перспективную трансформацию, старой КРИОНИКИ — уже в НАНОКРИОНИКУ

104 Или же попытаться осуществить криоконсервацию живого организма

Или же попытаться осуществить криоконсервацию живого организма

105 Барокамера БКИ-192 — вполне готовый узел для изготовления уже большой

Барокамера БКИ-192 — вполне готовый узел для изготовления уже большой

клатратной установки: аналог будущей лабораторной крио-барокамеры для крупных млекопитающих.

106 Клатратный анабиоз как способ путешествия во времени и пространстве

Клатратный анабиоз как способ путешествия во времени и пространстве

107 Возможный вариант клатратной установки для человека

Возможный вариант клатратной установки для человека

108 Вариант системы спасения на антарктической станции или на подводной

Вариант системы спасения на антарктической станции или на подводной

лодке

109 Клатратный анабиоз открывает и космические горизонты

Клатратный анабиоз открывает и космические горизонты

110 Возможный вариант компоновки на космическом корабле

Возможный вариант компоновки на космическом корабле

111 Марс ждёт

Марс ждёт

«Клатратная криоконсервация биообъектов (клатобиоз)»
http://900igr.net/prezentacija/biologija/klatratnaja-kriokonservatsija-bioobektov-klatobioz-144851.html
cсылка на страницу
Урок

Биология

136 тем
Слайды
900igr.net > Презентации по биологии > Без темы > Клатратная криоконсервация биообъектов (клатобиоз)