به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، مواد ژنتیکی در حال حاضر به صورت گسترده‌ایی در درمان از جمله واکسن مورد استفاده قرار می‌گیرد. از طرفی دانشمندان کشف کردند که mRNA نقطه شروع موثری برای برانگیختن پاسخ ایمنی قوی به بیماری‌‌ها می‌باشد. اما علاوه بر اجزای ژنتیکی، همه محصولات پزشکی با یک چالش مشترک روبرو هستند: آن‌ها باید در طول نگهداری و حمل و نقل سرد نگه داشته شوند تا زمان استفاده زنده بمانند. متأسفانه، تکنیک‌های فعلی برای حفظ انجماد سلول‌ها و بافت‌ها برای حفاظت محصولات پزشکی ساخته نشده‌اند. اما امروزه، دانشمندان و مهندسان در حال توسعه ابزارهای جدیدی مانند "پپتوئیدهای" پروتئین مانند هستند که می‌توانند ذخیره سازی و حمل و نقل سرد را آسان‌تر، ایمن‌تر و قابل اطمینان‌تر کنند.
انجمادهای امروزی توکسیک هستند

اجزای بیولوژیکی محصولات پزشکی امروزی به سرعت در خارج از بدن تجزیه می‌شوند مگر اینکه در دمای زیر صفر نگهداری شوند، اما نگهداری سرد چندین چالش پزشکی و لجستیکی را به همراه دارد. اول، سلول‌هایی که در دمای 80- درجه سانتیگراد ذخیره می‌شوند، می‌توانند به طور نامحدود زنده بمانند، اما تنها در صورتی که در عوامل انجماد توکسیک (CPAs) غرق شوند. CPAهایی مانند دی متیل سولفوکسید (DMSO) رشد کریستال‌های یخ را کاهش می‌دهند و از پارگی سلول‌ها در هنگام انجماد محافظت می‌کنند، اما می‌توانند سلول‌درمانی را برای استفاده بالینی ناامن کنند. DMSO زمانی که به صورت داخل وریدی در غلظت‌های بیشتر از 4 میلی‌لیتر بر کیلوگرم استفاده شود برای موش کشنده است. در انسان، DMSO می‌تواند مجموعه‌ای از اثرات سمی شدید از خونریزی داخلی تا تشنج، سمیت عصبی، ایست تنفسی و آریتمی‌های کشنده ایجاد کند. یک تجزیه و تحلیل گذشته نگر نشان داد که از بین 34000 گیرنده پیوند سلول‌های بنیادی در 95 مرکز پزشکی، از هر 100 گیرنده، 2 نفر سمیت حاد مربوط به درمان را تجربه کردند. از لحاظ تاریخی، مزایای استفاده از DMSO بر خطرات آن بیشتر بود، اما از آنجایی که سلول‌ها و مواد ژنتیکی در درمان پزشکی یکپارچه‌تر می‌شوند، افراد بیشتری در معرض خطر قرار گرفتن در معرض سم هستند. دانشمندان به رویکرد جدیدی نیاز دارند که این پیشرفت‌های پزشکی را مقیاس‌پذیر و ایمن‌تر کند.

آیا پروتئین‌های ضد یخ راه حل هستند؟
دانشمندانی که به دنبال جایگزین‌های غیر‌سمی برای DMSO هستند، برای یافتن راه حل به طبیعت روی آورده اند. بسیاری از حیوانات در طیف وسیع‌تری از شرایط محیطی نسبت به آنچه که انسان می‌تواند تحمل کند، رشد می‌کنند، از جمله سرمای شدید، که نشان می‌دهد برخی از گونه‌ها ممکن است کلید حفظ ایمن مواد بیولوژیکی انسان را داشته باشند. به عنوان مثال، چندین گونه از ماهی‌ها با توسعه توانایی تولید پروتئین‌های ضد یخ (AFPs) برای زندگی در اقیانوس جنوبی زیر انجماد سازگار شدند. این پروتئین‌ها از رشد کریستال‌های یخ در داخل بدن آن‌ها جلوگیری می‌‌کنند و در نتیجه نقطه انجماد خون و سایر مایعات بدن را کاهش می‌دهند.
AFP ها برای استفاده در آزمایشگاه در چندین کاربرد، مانند حفظ اسپرم حیوانات، سازگار شده اند. اما AFP ها برای استفاده بالینی مقیاس پذیر نیستند، زیرا فرآیند استخراج و خالص سازی آن‌ها پیچیده و گران است، چون این پروتئین‌ها نیمه عمر کوتاهی دارند و پتانسیل ایجاد یک واکنش ایمنی نامطلوب را در انسان دارند. AFPs  ممکن است پاسخگو نباشد، اما مطالعه این پروتئین‌ها دانشمندان را برانگیخته است تا مولکول‌های پروتئینی مصنوعی را توسعه دهند که مزایای آن‌ها را تقلید کرده که از نظر تولید نیز آسان و کم هزینه باشند. 
پلیمرهای پپتوئیدی مصنوعی
جدیدترین دسته از CPAها که امروزه در حال توسعه هستند، پلیمرهای آمینو اسید بیومیمتیک جایگزین شده با N (پپتوئیدها) و هیبریدهای پپتوئید-پپتید هستند. پپتوئیدها غیر سمی هستند و می‌توانند در مقیاس انبوه برای حفظ محصولات بالینی تولید شوند. و از همه مهمتر، آن‌ها می‌توانند از تشکیل کریستال‌های یخ در سلول‌ها در دمای حداقل تا دمای نیتروژن مایع، 196- درجه سانتی گراد جلوگیری کنند. تحقیقات اولیه نشان می‌دهد که در محلول، پپتوئیدها به اندازه DMSO در حفظ بقای سلول موثر هستند و سمیت سلولی کمتری دارند.
در یک مطالعه، محققان سلول‌ها را با DMSO و یک پپتوئید انکوبه کردند. آن‌ها دریافتند که DMSO باعث مرگ سلولی در غلظت‌های بالاتر از 0.5٪ می‌شود در حالی که پپتوئید در هیچ غلظتی، از جمله غلظت مورد نیاز برای جلوگیری از تشکیل کریستال‌های یخ، مرگ سلولی را القا نمی کند. 
در آزمایشی دیگر، دانشمندان توانایی اتیلن گلیکول (EG)، CPA دیگر مورد استفاده در آزمایشگاه و یک پپتوئید را برای حفظ حیات سلولی پس از انجماد و ذوب مقایسه کردند. محققان سلول‌ها را در EG به تنهایی یا EG به علاوه پپتوئید رشد دادند، آن‌ها را در نیتروژن مایع منجمد کردند و سپس در دمای بدن ذوب کردند. بنابر نتایج این مطالعه اگر محلول انجماد حاوی پپتوئید باشد نسبت بیشتری از سلول‌ها زنده می‌ماندند.
یک مطالعه دیگر بررسی کرد که آیا پپتوئیدها می‌توانند سلول‌های بنیادی خونساز (HSCs) را حفظ کنند یا خیر. محققان سلول‌ها را به مدت 24 ساعت در دمای 80- درجه سانتی گراد منجمد کردند و سپس آن‌ها را به مدت 8 تا 22 روز دیگر در نیتروژن مایع قرار دادند. پس از ذوب آن‌ها، پپتوئید در حمایت از بقای سلول مؤثرتر بود و به اندازه 10٪ DMSO مخلوط در سرم در تسهیل پیوند مغز استخوان در موش مؤثر بود. این داده‌ها اولین موردی بودند که تأثیر یک پلیمر پپتوئید غیرسمی را در انجماد یک نمونه مرتبط بالینی را نشان دادند. این پلیمرهای مصنوعی به طور بالقوه می‌توانند از انجماد انواع نمونه‌های بالینی پشتیبانی کنند.

آینده انجماد سلولی
دمای سرد یک دارایی برای آزمایشگاه‌های تحقیقاتی، بانک‌های سلولی و آزمایشگاه‌های بیمارستانی در سراسر جهان است. دانشمندان از انبار سرد برای نگهداری انواع نمونه‌های بیولوژیکی از سلول‌های زایا و بنیادی گرفته تا اجزای واکسن و کل اندام‌ها استفاده می‌کنند. با این حال، هرچه بیماران بیشتری سلول‌های زنده را به عنوان درمان دریافت می‌کنند، و با وابستگی بیشتر واکسن‌ها به مواد بیولوژیکی شکننده، محدودیت‌های CPAهای امروزی آشکارتر می‌شوند. برای اینکه سلول‌ها و ژن‌درمانی‌ها از رشد بالینی جان سالم به در ببرند و به بیماران دسترسی پیدا کنند، باید به‌گونه‌ای حمل و نگهداری شوند که ایمنی و اثربخشی آن‌ها حفظ شود. با این وجود دانشمندان به دنبال راه حلی در CPA و پپتوئیدها برای جایگزینی به عنوان مواد حفاظت کننده در برابر فریز هستند.
CPA های غیر سمی مانند پپتوئیدها، زنده ماندن و ایمنی سلول درمانی و واکسن‌ها را حفظ می‌کنند. پپتوئیدهای مصنوعی می‌توانند این محصولات را در قفسه پایدارتر کنند و می‌توان آن‌ها را در مقیاس بالا تولید کرد و به تولیدکنندگان و توزیع کنندگان این امکان را می‌دهد تا محصولات پزشکی ایمن و موثر را به سرعت به بیماران نیازمند تحویل دهند.
پایان مطلب/
منابع: 
1.    Awan M, Buriak I, Fleck R, et al. Dimethyl sulfoxide: a central player since the dawn of cryobiology, is efficacy balanced by toxicity? Regen Med. 2020;15(3):1463-1491. doi: 10.2217/rme-2019-0145
2.    Eskandari A, Leow TC, Rahman MBA, Oslan SN. Antifreeze proteins and their practical utilization in industry, medicine, and agriculture. Biomolecules. 2020;10(12):1649. doi: 10.3390/biom10121649
3.    Wei X, inventor; X-Therma Inc., assignee. US Patent No. 20200239632.  Novel peptoid polymers and methods of use. July 30, 2020.                   
4.    Gilfanova R, Callegari A, Childs A, et al. A bioinspired and chemically defined alternative to dimethyl sulfoxide for the cryopreservation of human hematopoietic stem cells. Bone Marrow Transplant. 2021;56(11):2644-2650. doi: 10.1038/s41409-021-01368-w