Давно известно, что при понижении температуры замедляются биохимические процессы, лучше и дольше сохраняются биологические ткани.

Поиск способов длительного хранении жизнеспособных клеток и тканей привел к разработке методов их консервирования холодом и появлению новой науки - криобиологии.

Криобиология открывают широкие возможности сохранения генофонда животных, растений и человека, консервации и длительного хранения их репродуктивных клеток, сохранения клеток крови и костного мозга, а также отдельных тканей и даже органов для трансплантации.

Охлаждение живых клеток до температур ниже 0єС сопровождается следующими процессами:

· замораживанием внутри- и внеклеточной воды, что приводит к образованию в клетке и вне ее кристаллов льда,

· возникновению механических напряжений,

· резкому увеличению концентрации растворенных солей в результате вымораживания чистой воды,

· изменению рН среды.

Эти процессы могут привести к нарушению структурной целостности клеток, нарушению их функций, изменению транспорта веществ через клеточные мембраны и, следовательно, к изменению состава внутриклеточной среды. Для защиты клеток от отрицательных воздействий при замораживании используют специальные вещества - криопротекторы (глицерин), которые существенно уменьшают повреждения клеточных и тканевых структур.

Основные нарушения в клетках при криоконсервировании обусловлены механическими напряжениями, возникающими в биологической среде при замораживании. Следовательно, криорезистентность клеток тем выше, чем выше их устойчивость к механическим воздействиям, а механическую резистентность легко оценить, используя метод ультразвуковых цитолизограмм.

При добавлении криопротектора к среде физико-химические свойства раствора стабилизируются не сразу и продолжают меняться в течение нескольких часов или даже суток до тех пор, пока раствор не станет гомогенным. Воздействие низкочастотным ультразвуком (35 кГц) мощностью 15-100 Вт существенно ускоряет растворение криопротектора в жидких средах и в течение нескольких минут стабилизирует параметры раствора.

Клетки и ткани, помещенные в раствор криопротектора, должны выдерживаться в нем до тех пор, пока не будет достигнуто насыщение. Время насыщения может быть сокращено с использованием ультразвука, так как, увеличивая проницаемость клеточных мембран, ультразвук ускоряет процесс переноса веществ через эти мембраны.

Ультразвук может быть полезен и для определения степени насыщения клеток в суспензии, а также тканей и органов криопротектором. При перфузии изолированного органа перед низкотемпературной консервацией раствором криопротектора измеряют и сравнивают скорости ультразвука в подводимом к органу и оттекающем от него растворе.

Когда происходит насыщение, концентрация криопротектора и, следовательно, скорость ультразвука в подводимой и отводимой жидкости уравниваются.

При замораживании подготовленных для криоконсервирования образцов подбирают такие режимы охлаждения, чтобы образующиеся кристаллы льда как можно меньше травмировали клеточные мембраны.

Процесс размораживания при криоконсервировании биологического материала не менее важен, чем процесс замораживания, так как физико-химические процессы в обоих случаях сходны, что позволяет и здесь успешно использовать ультразвуковое воздействие.

Размораживание в ультразвуковом поле осуществляется при воздействии ультразвуком на контейнеры с замороженными клеточными суспензиями, помещенными в водяную баню с температурой 40-45 °С. Оттаивание продолжают до тех пор, пока температура суспензии не достигнет 5-10 °С. Размораживание в ультразвуковом поле способствует повышению сохранности клеток на 20-25%, Эффект обусловлен не только микротечениями, ускоряющими теплообмен и снижающими температурные градиенты как внутри, так и снаружи контейнеров, но и действием ультразвука, стимулирующим репаративные процессы в клетках.

В последнее время растет интерес к проблеме криоконсервирования эмбрионов человека и животных. Решение этой проблемы наталкивается на ряд трудностей. Так, исследование возможности криоконеервирования ооцитов свиньи выявило их высокую криочувствительность. Поиск путей сохранения ооцитов при замораживании привел к использованию ультразвука низких интенсивностей для повышения их сохранности. Однако лабильные к замораживанию ооциты оказались чувствительными к ультразвуковому воздействию. Наиболее устойчивы мелкие, незрелые ооциты без четко выраженных гранул в цитоплазме. Более зрелые клетки средних размеров, характеризующиеся относительно большой растяжимостью, имеют повышенную чувствительность к ультразвуку.

Чаще всего наблюдается удаление клеток лучистого венца, нередки разрывы в плазматической мембране, деформация ооцитов, частичная дегидратация и другие нарушения. Обработка ультразвуком с интенсивностью 0,05-0,1 Вт/см2 в течение 0,5 мин в процессе эквилибрации с криопротектором, а также во время размораживания, увеличивает морфологическую сохранность законсервированных ооцитов до 65 %, по сравнению с 45 % в контрольных образцах, и способствует их дальнейшему развитию в культуре.

Анализ многочисленных данных о влиянии низких температур и ультразвука на ткани и клетки в суспензии свидетельствует о значительной роли цитоплазматических мембран в формировании ряда реакций биологических систем на ультразвуковое и криовоздействие. Мембранные структуры способны по-разному реагировать на действие каждого фактора, в зависимости от его параметров, и результирующий эффект комбинированного воздействия зависит от того, суммируются ли эффекты их влияния или имеет место частичная или полная взаимокомпенсация.