Vitrification شیشه ای شدن

Vitrification – شیشه ای شدن (روش مدرن انجماد سریع تخمک/جنین) ویتریفیکاسیون یا شیشه ای شدن، پیشرفته ترین روش انجماد سلول های جنسی (تخمک، اسپرم) و جنین است. در این روش، سلول با سرعت بسیار زیادی منجمد می شود (بیش از ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد در دقیقه)، به طوری که آب داخل سلول فرصت تشکیل کریستال های یخ را پیدا نمی کند و به جای آن به حالت شیشه ای (جامد آمورف) در می آید. این تکنیک انقلابی در حفظ باروری و درمان ناباروری ایجاد کرده است و نرخ زنده ماندن سلول ها پس از ذوب را به بیش از ۹۰ درصد رسانده است.

در مقابل، روش قدیمی انجماد آهسته (Slow Freezing) بود که در آن کریستال های یخ تشکیل می شدند و به سلول آسیب می زدند.

تاریخچه

تلاش برای انجماد سلول های جنسی به اوایل قرن بیستم بازمی گردد. در سال ۱۹۴۹، دانشمندان انگلیسی موفق به انجماد اسپرم با استفاده از گلیسرول به عنوان ماده محافظ در برابر یخ شدند. اما انجماد تخمک و جنین به دلیل حساسیت بالای آنها، دهه ها به تعویق افتاد.

در دهه ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰، روش انجماد آهسته (Slow Freezing) برای جنین ها توسعه یافت. در این روش، سلول با سرعت کم (چند درجه در دقیقه) منجمد می شد. اگرچه جنین ها تا حدی موفق بودند، اما تخمک ها بسیار حساس تر بودند و نرخ زنده ماندن آنها کمتر از ۲۰ تا ۳۰ درصد بود.

تحول بزرگ در سال ۱۹۸۵ توسط ویلیام رال (William Rall) و استنلی لیدا (Stanley Leida) رخ داد. آنها مفهوم ویتریفیکاسیون را از فیزیک (موادی که به جای کریستال، شیشه می شوند) به زیست شناسی منتقل کردند. آنها نشان دادند که اگر سرعت انجماد به اندازه کافی بالا باشد، یخ تشکیل نمی شود و سلول سالم می ماند.

در اوایل دهه ۲۰۰۰، محققان ژاپنی به رهبری ماساشیگه کویوتانی (Masashige Kuwayama) روش عملی ویتریفیکاسیون را برای تخمک و جنین انسان بهینه کردند. او نشان داد که با استفاده از غلظت بالای مواد محافظ (Cryoprotectants) و تماس مستقیم با نیتروژن مایع (دمای منفی ۱۹۶ درجه)، می توان نرخ زنده ماندن تخمک را به بیش از ۹۰ درصد رساند.

از سال ۲۰۱۰ به بعد، ویتریفیکاسیون به استاندارد طلایی انجماد تخمک و جنین در تمام مراکز پیشرفته ناباروری جهان تبدیل شد. امروزه، انجماد تخمک برای حفظ باروری زنان (مثلاً قبل از شیمی درمانی یا به تاخیر انداختن بارداری) با این روش به طور معمول انجام می شود.

ویتریفیکاسیون چگونه کار می کند؟

برای درک ویتریفیکاسیون، باید تفاوت آن با انجماد معمولی را بدانیم:

در انجماد معمولی (مثل یخ کردن آب در یخچال)، آب به آرامی سرد می شود و مولکول های آن فرصت پیدا می کنند در کنار هم قرار بگیرند و ساختار کریستالی (بلور یخ) تشکیل دهند. این کریستال ها تیز و نوک تیز هستند و غشای سلول را پاره می کنند.

در ویتریفیکاسیون، سرعت سرد کردن به قدری بالاست (بیش از ۱۰۰۰ درجه در دقیقه) که مولکول های آب فرصت صف آرایی پیدا نمی کنند و در همان وضعیت بی نظم خود «یخ می زنند« (جامد می شوند)، اما بدون تشکیل کریستال. این حالت جامد اما بی ساختار، شیشه نام دارد.

مراحل انجام ویتریفیکاسیون در آزمایشگاه:

مرحله اول – آماده سازی با مواد محافظ (Cryoprotectants): سلول (تخمک یا جنین) به تدریج در معرض غلظت بالایی از مواد محافظ مثل اتیلن گلیکول، DMSO و سوکروز قرار می گیرد. این مواد آب درون سلول را بیرون می کشند و جایگزین آن می شوند، تا آب کمتری برای تشکیل یخ باقی بماند.

مرحله دوم – قرار دادن روی وسیله حمل: سلول در حجم بسیار کمی (کمتر از ۰.۱ میکرولیتر) از محلول محافظ، روی یک وسیله پلاستیکی یا نمدی بسیار نازک (به اندازه یک ناخن) قرار می گیرد.

مرحله سوم – شیرجه در نیتروژن مایع: وسیله حمل مستقیماً و با حداکثر سرعت، درون نیتروژن مایع (دمای منفی ۱۹۶ درجه سانتی گراد) فرو برده می شود. دمای سلول در کسری از ثانیه از دمای اتاق به منفی ۱۹۶ درجه می رسد.

مرحله چهارم – نگهداری: وسیله حاوی سلول در مخازن مخصوص نیتروژن مایع نگهداری می شود. سلول می تواند سال ها (حتی دهه ها) به همین صورت باقی بماند بدون اینکه آسیبی ببیند.

مرحله پنجم – ذوب کردن (Warming): هنگامی که نیاز به استفاده از سلول باشد، وسیله از نیتروژن خارج می شود و بلافاصله در محلول گرم (حدود ۳۷ درجه) قرار می گیرد. سلول در چند ثانیه ذوب می شود. سپس مواد محافظ به تدریج خارج می شوند و سلول به محیط کشت معمولی بازمی گردد.

مزایای ویتریفیکاسیون نسبت به انجماد آهسته

نرخ زنده ماندن بسیار بالاتر: در ویتریفیکاسیون، نرخ زنده ماندن تخمک و جنین پس از ذوب بیش از ۹۰ درصد است، در حالی که در انجماد آهسته این عدد برای تخمک ها به ۲۰۳۰ درصد و برای جنین ها به ۵۰۶۰ درصد محدود بود.

عدم تشکیل کریستال یخ: علت اصلی آسیب در انجماد آهسته، کریستال های یخ بود. ویتریفیکاسیون این مشکل را به کلی حل کرده است.

آسیب کمتر به ساختار سلول: غشای سلول، میکروتوبول ها (داربست سلول)، و میتوکندری ها در ویتریفیکاسیون سالم تر می مانند.

نیاز کمتر به مواد محافظ سمی: اگرچه ویتریفیکاسیون از غلظت بالای مواد محافظ استفاده می کند، اما زمان تماس کوتاه و خروج سریع آنها در هنگام ذوب، سمیت را کاهش می دهد.

امکان انجماد تخمک: تخمک به دلیل نسبت سطح به حجم کم و حساسیت بالای ساختارش، در انجماد آهسته تقریباً غیرقابل انجماد بود. ویتریفیکاسیون این امکان را فراهم کرد.

کاربردهای ویتریفیکاسیون در درمان ناباروری

انجماد تخمک (Oocyte Cryopreservation): زنان می توانند تخمک های خود را در سنین پایین (مثلاً ۲۰۳۰ سالگی) منجمد کنند و برای آینده نگه دارند. کاربردها شامل: به تاخیر انداختن بارداری به دلایل شغلی یا تحصیلی، حفظ باروری قبل از شیمی درمانی یا رادیوتراپی، و اهدای تخمک.

انجماد جنین (Embryo Cryopreservation): جنین های اضافی و باکیفیت حاصل از IVF را می توان منجمد کرد و در سیکل های بعدی استفاده نمود. این کار از تکرار مراحل تحریک تخمدان و برداشت تخمک جلوگیری می کند و هزینه و عوارض را کاهش می دهد.

انجماد بافت تخمدان: در برخی موارد (مثل دختران قبل از بلوغ که نمی توانند تخمک بدهند)، بافت تخمدان برداشته، منجمد و بعداً دوباره پیوند می شود.

انجماد اسپرم: اسپرم به دلیل کوچکی و سادگی ساختار، به راحتی با روش های ساده تر هم منجمد می شود، اما ویتریفیکاسیون نرخ زنده ماندن را حتی بالاتر می برد.

موفقیت بارداری با تخمک/جنین منجمد شده

مطالعات متعدد نشان داده اند که میزان موفقیت بارداری با تخمک ها و جنین های منجمد شده به روش ویتریفیکاسیون، تفاوت معناداری با نمونه های تازه ندارد. در برخی مطالعات حتی نرخ تولد زنده با جنین های منجمد شده اندکی بالاتر بوده است، احتمالاً به دلیل این که رحم در سیکل بعد از انجماد (که تحریک هورمونی شدید ندارد) پذیرش بهتری دارد.

مهم ترین عامل تعیین کننده موفقیت، سن زن در زمان انجماد تخمک است. تخمک های منجمد شده در سن ۳۰ سالگی، شانس بارداری بسیار بالاتری نسبت به تخمک های منجمد شده در سن ۴۰ سالگی دارند، زیرا کیفیت خود تخمک تعیین کننده اصلی است، نه روش انجماد.

ویتریفیکاسیون به زبان ساده

قبلاً که می خواستند تخمک یا جنین را فریز کنند، خیلی کند سردش می کردند. آب داخل سلول فرصت می کرد کریستال یخ درست کند. کریستال های یخ تیز هستند و غشای سلول را پاره می کردند. خیلی از سلول ها می مردند (مخصوصاً تخمک ها).

اما ویتریفیکاسیون یعنی فریز کردن آنی، مثل یک شیرجه. سلول را با سرعت باورنکردنی (بیش از هزار درجه در دقیقه) از دمای اتاق می رسانند به منفی ۱۹۶ درجه. آب فرصت کریستال شدن پیدا نمی کند، در همان حالتی که هست جامد می شود، بدون اینکه کریستالی درست کند. به این حالت می گویند شیشه ای شدن.

نتیجه؟ بیش از ۹۰ درصد سلول ها بعد از ذوب شدن زنده می مانند و کیفیتشان مثل روز اول است. امروزه خانم ها می توانند تخمک هایشان را در سنین پایین فریز کنند و برای سال های بعد نگه دارند. هر وقت خواستند بچه دار شوند، تخمک ها را ذوب می کنند، با اسپرم همسرشان ترکیب می کنند و جنین را به رحم برمی گردانند. شانس بارداری هم فرقی با تخمک تازه ندارد.

در کلینیک درمان ناباروری ژیوار، همه انجمادها (تخمک، اسپرم، جنین) با پیشرفته ترین روش ویتریفیکاسیون و توسط جنین شناسان مجرب انجام می شود. همچنین خدمات حفظ باروری برای بیماران سرطانی قبل از شیمی درمانی ارائه می گردد.

منابع و مطالعه بیشتر

۱. National Institutes of Health (NIH):

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3884955

۲. Cleveland Clinic:

https://my.clevelandclinic.org/health/treatments/22755vitrification

۳. Wikipedia:

https://en.wikipedia.org/wiki/Vitrification

۴. European Society of Human Reproduction and Embryology (ESHRE):

https://www.eshre.eu/guidelines

۵. Mayo Clinic:

https://www.mayoclinic.org/testsprocedures/eggfreezing/about/pac20384565