L'azoto è l'elemento più abbondante nell'atmosfera terrestre. Già questo potrebbe essere una risposta sufficiente per spiegare perché usiamo l'azoto liquido per criopreservazione. Ma ovviamente non è così semplice come "prendere l'azoto" dal nulla. La sola abbondanza non rende un refrigerante adatto alla conservazione dei pazienti di domani per un periodo di tempo indefinito. In questo articolo metteremo in evidenza ciò che rende l'azoto, nella sua forma liquida, la migliore opzione per la biostasi oggi.

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Come funziona la criopreservazione?

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Il processo di crioprotezione inizia abbassando lentamente la temperatura interna del corpo a livelli inferiori al congelamento. In questo modo si scende al di sotto della cosiddetta "temperatura di transizione vetrosa", a circa -130°C, ottenendo così la vetrificazione. Gli agenti crioprotettivi vengono utilizzati per proteggere la struttura cellulare da rischi come la formazione di cristalli di ghiaccio. Attraverso il raffreddamento e il processo criopreservazione , i tassi metabolici vengono ridotti in modo significativo, interrompendo completamente l'attività biologica. Una volta vetrificato, il corpo è in completa "pausa biologica", il che significa che i pazienti possono essere conservati in questo stato per un tempo indefinito senza degrado.

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Su Tomorrow Bio, utilizziamo temperature di -196°C per a lungo termine conservazione i pazienti di criopreservato (con la conservazione a temperatura intermedia, nota come ITS, in fase di sviluppo), ottenuta utilizzando azoto liquido.

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Che cos'è l'azoto liquido?

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L'azoto liquido è un gas incolore, inodore e insapore con un punto di ebollizione di -196°C e un punto di congelamento di -210°C. Viene generato su larga scala negli impianti di separazione dell'aria. 

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Qui l'aria viene scissa nei suoi componenti primari (principalmente azoto e ossigeno) comprimendola, purificandola e infine raffreddandola vicino alla sua temperatura di liquefazione.

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Attraverso recipienti sottovuoto superisolati e pressurizzati, questi componenti divisi possono essere conservati (per molte settimane) e trasportati ovunque possano trovare un buon utilizzo. Tra l'altro, l'azoto liquido viene utilizzato nei magazzini criopreservazione all'interno dei dewar criogenici conservazione .

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Perché si Usa l'Azoto Liquido per la Criopreservazione?

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L'azoto liquido viene comunemente utilizzato per raffreddare le sostanze a temperature estremamente basse. Fortunatamente possiede anche una temperatura naturale al di sotto del punto di transizione del vetro, con cui le procedure di criopreservazione possono lavorare. 

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Inoltre, è relativamente economico, soprattutto se paragonato a gas simili (ad esempio il neon liquido). Poiché l'azoto liquido può essere estratto dall'aria ambiente, è anche un gas ecologico - un fattore importante se si considera il lungo tempo di permanenza sul sito conservazione che dovrebbe consentire. La sostanza è anche eccezionalmente facile da mantenere. Un singolo lotto è in grado di mantenere i pazienti conservati criogenicamente in condizioni ottimali per più di una settimana. Nella parte superiore dei dewar, l'azoto liquido bolle costantemente, evaporando in gas. Per contrastare questo fenomeno, la struttura conservazione viene rifornita di azoto liquido su base settimanale, in modo che dopo una settimana sia sufficiente aggiungere nuovo azoto liquido per mantenere stabile la temperatura. 

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Nel peggiore dei casi, quando il riempimento è impossibile per qualche motivo, è in grado di proteggere il cervello di un paziente fino a un mese senza problemi. Ciò è dovuto al fatto che i nostri pazienti vengono conservati a testa in giù all'interno dei dewar, consentendo al cervello di beneficiare della migliore protezione. Nell'improbabile caso di scongelamento accidentale, il cervello sarebbe l'ultima cosa ad essere esposta.

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Grazie alla tecnologia avanzata di conservazione , siamo in grado di tenere scorte aggiuntive come riserva, in modo da essere preparati anche se la catena di approvvigionamento dovesse avere problemi imprevisti.

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Come si usa l'azoto liquido?

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I vasi criogenici conservazione vengono riempiti fino all'orlo con azoto liquido, fino a sommergere completamente il corpo del paziente. Il riempimento avviene come abbiamo detto prima.

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Nei meno comuni dewar ITS, solo il fondo viene riempito con la sostanza. Questo approccio consente di conservare il corpo a una temperatura più elevata, riducendo la possibilità di danni termici. Uno svantaggio dell'ITS, tuttavia, è che deve essere riempito più frequentemente, circa una volta ogni pochi giorni. 

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Il rifornimento può essere effettuato automaticamente, ma di solito viene fatto a mano per non dipendere dall'elettricità. Questo riduce drasticamente il costo complessivo di conservazione nel tempo e rende la manutenzione più sostenibile.

Opzioni alternative (e perché non vengono utilizzate)

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Nonostante tutti gli elogi che abbiamo fatto finora all'azoto liquido, non è perfetto. Ad esempio, la sua temperatura e la temperatura di transizione vetrosa sono distanti più di 60°C, rispettivamente circa -196°C e -130°C. La temperatura naturale dell'azoto liquido è adatta alle procedure crioniche ed è la più facile da mantenere, il che è un aspetto fondamentale del motivo per cui lo stiamo usando. Tuttavia, l'ideale sarebbe rimanere il più vicino possibile al punto di transizione vetroso, per evitare lo stress termico dovuto all'ulteriore raffreddamento. I sistemi di conservazione ITS cercano di risolvere questo problema, ma comportano ulteriori sfide e costi aggiuntivi.

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Esistono altre sostanze che potrebbero essere utilizzate al posto dell'azoto liquido ma, per un motivo o per l'altro, non vengono utilizzate. Vediamone alcune:

Idrogeno liquido (LH2)

• Prezzo decente 
• Necessità di attrezzature costose per la movimentazione
• Punto di ebollizione molto basso, pari a -252°C (ricordate che non vogliamo scendere troppo al di sotto dei 130°C).
• Evapora troppo velocemente
• Altamente infiammabile

Neon liquido (LNe)

• Completamente inerte (non influenzato da altre sostanze chimiche)
• Troppo freddo (-246°C)
• Estremamente costoso! (oltre 120 euro al litro, se non di più).

Ossigeno liquido (LO2, LOX)

• Economico
• Buon ossidante (può bruciare la maggior parte della materia organica e anche i metalli, voi e l'intero impianto)

Elio liquido (LHe)

• Può congelare a pressioni molto basse
• La sostanza più inerte che si conosca
• Temperatura ancora più bassa (-269°C)
• Necessità di vaschette speciali
• Evapora con estrema facilità
• Si prevede che si esaurirà in pochi decenni

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Al di sotto della linea, tutte queste opzioni sono troppo costose, troppo fredde o troppo poco sicure per avere senso. In confronto, l'azoto liquido le batte tutte.

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Conclusione

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L'azoto liquido rimane per ora l'opzione migliore. Finché non verrà scoperta una nuova sostanza che funzioni in modo eccezionale per le procedure di criopreservazione procedure, è più probabile che le nuove tecniche e tecnologie che utilizzano l'azoto liquido migliorino invece la qualità di conservazione (come l'ITS).

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È il modo più economico e facilmente sostenibile di mantenere la biostasi per gli esseri umani che conosciamo. Esistono altre opzioni, ma non hanno molto senso rispetto all'azoto liquido. Guardando al futuro, molto probabilmente vedremo questo refrigerante naturale utilizzato nel sito criopreservazione ancora per molto tempo.

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