Сохранение биологического материала в замороженном состоянии является актуальной проблемой в связи с бурным развитием медицины и необходимостью развития долговременных криобанков. Требуется как усовершенствовать существующие подходы, разработанные в основном для консервации клеток, повышая их эффективность, так и создать принципиально новые, чтобы решить проблему обратимого замораживания таких объектов как, фрагменты тканей, изолированные органы.

Это невозможно без понимания биологичеcкиx и физико-xимичеcкиx пpоцеccов, cопутcтвующиx оxлаждению, замоpаживанию и поcледующему оттаиванию биоматериала, который, как известно, может подвеpгатьcя при криоконсервации меxаничеcкому воздейcтвию cо cтоpоны pаcтущиx кpиcталлов льда и оcмотичеcкому cтpеccу. Изучен широкий спектр газов при низкотемпературной консервации и исследованы их криозащитные свойства. Впервые показано, что природа растворенного в жидкости газа оказывает влияние на сохранность клеточных линий HeLa и L929 при криоконсервации. Выживаемость клеток HeLa и L929 уменьшается с ростом растворимости газа в воде в ряду: He<Ne<SF6< N2<Ar<Kr<Xe. Гелий и неон обладают выраженными криозащитными свойствами, обеспечивая выживаемость до 30% клеток линии HeLa в среде без криозащитных агентов. Оба газа могут быть использованы для снижения концентрации классических проникающих протекторов, в частности глицерина с 10 до 3%, снижая потенциальные цитотоксические эффекты криозащитного раствора. По данным микроскопического анализа растворенные газы влияют на структуру замороженного раствора за счет образования микропузырьков при кристаллизации воды. Экспериментально обосновано, что природа растворенного газа влияет на количество и размер газовых микропузырьков в процессе замораживании раствора. Раскрыт механизм криозащитного действия гелия, основанный на замещении газов воздуха (дегазация) и уменьшении образования газовых микропузырьков во время кристаллизации за счет снижения газовой составляющей раствора, а также способности легких инертных газов растворяться во льду. Для формируемого при этом массива льда характерна тенденция к снижению вероятности растрескивания при охлаждении до минус 50°С, что положительно сказывается на сохранности замораживаемого биоматериала.

Полученные результаты представляют интерес как вспомогательный элемент для разработки и внедрения эффективных методов криоконсервации клеток, решения проблемы криоконсервации тканей и органов.

The preservation of biological material in a frozen state is an urgent problem due to the rapid development of medicine and the need to develop long-term cryobanks. It is required both to improve the existing approaches, developed mainly for cell preservation, increasing their efficiency, and to create fundamentally new ones in order to solve the problem of reversible freezing of such objects as tissue fragments, isolated organs.This is impossible without understanding the biological and physicochemical processes accompanying cooling, freezing, and subsequent thawing of the biomaterial, which, as is known, can be subjected to mechanical action from growing ice crystals and osmotic stress during cryopreservation.А wide range of gases has been studied during low-temperature conservation and their cryoprotective properties have been investigated. It has been shown for the first time that the nature of the gas dissolved in liquid affects the safety of HeLa and L929 cell lines during cryopreservation. The survival of HeLa and L929 cells decreases with increasing gas solubility in water in the following order: He<Ne<SF6< N2<Ar<Kr<Xe. Helium and neon have pronounced cryoprotective properties, ensuring the survival of up to 30% of HeLa cells in a medium without cryoprotective agents. Both gases can be used to reduce the concentration of classic penetrating protectants, in particular glycerol, from 10% to 3%, reducing the potential cytotoxic effects of the cryoprotective solution.According to microscopic analysis, dissolved gases affect the structure of the frozen solution due to the formation of microbubbles during water crystallization. It has been experimentally substantiated that the nature of the dissolved gas affects the number and size of gas microbubbles in the process of solution freezing. The mechanism of the cryoprotective effect of helium based on the replacement of air gases (degassing) and the reduction of the formation of gas microbubbles during crystallization by reducing the gas component of the solution, as well as the ability of light inert gases to dissolve in ice, is disclosed.The ice mass formed in this case tends to reduce the probability of cracking upon cooling to minus 50°C, which has a positive effect on the safety of the frozen biomaterial.

The results obtained are of interest as an auxiliary element for the development and implementation of effective methods for cryopreservation of cells, solving the problem of cryopreservation of tissues and organs.