Ученые обнаружили способ замораживания органов без их повреждения
Этот революционный подход может привести к успешным долгосрочным трансплантациям органов, приблизив научную фантастику к медицинской реальности.
Криоконсервация, процесс сохранения биологических тканей путем охлаждения их до температур ниже нуля, может показаться чем-то из области научной фантастики. Однако ученые разрабатывают эту технологию уже почти столетие.
Большую часть этого времени прогресс был ограничен — до 2023 года, когда исследователи из Университета Миннесоты успешно пересадили криоконсервированную почку другой крысе. Это достижение продемонстрировало потенциал использования криоконсервированных органов в будущих трансплантациях человеку.
Предотвращение растрескивания замороженных органов
Криоконсервация крупных органов представляет собой значительное препятствие, поскольку ткани склонны к растрескиванию при быстром охлаждении. Предотвращение этих трещин имеет решающее значение для сохранения целостности органов при консервации и трансплантации у человека. Исследовательская группа из кафедры машиностроения имени Дж. Майка Уокера '66 Техасского университета A&M под руководством доктора Мэтью Пауэлла-Палма опубликовала статью, в которой подробно описана новая техника криоконсервации, которая может предотвратить растрескивание органов.
Чтобы сохранить органы вне организма в течение более длительного времени, ученые используют процесс, называемый витрификацией. Этот метод замораживает ткани в специальном растворе, сохраняя их в стеклообразном состоянии, что предотвращает повреждение от образования кристаллов льда. Изменяя состав витрификационного раствора, исследователи могут анализировать, как различные свойства влияют на вероятность растрескивания органа.
«В этом исследовании мы изучили различные температуры стеклования, которые, по нашему мнению, играют доминирующую роль в образовании трещин», — сказал Пауэлл-Палм, доцент кафедры машиностроения. «Мы обнаружили, что более высокие температуры стеклования снижают вероятность образования трещин».
Разработка более биосовместимых криорешений
Зная, что более высокие температуры перехода с меньшей вероятностью вызывают растрескивание, чем более низкие температуры, исследователи могут сосредоточиться на создании водных растворов для витрификации с более высокими температурами стеклования, чтобы избежать растрескивания.
«Растрескивание — это только одна часть проблемы», — сказал Пауэлл-Палм. «Растворы также должны быть биосовместимыми с тканями».
Широкое применение в науке и медицине
Эти знания имеют важное значение для области криоконсервации, которая имеет применение не только в трансплантации органов, но и в охране дикой природы и биоразнообразия, стабилизации вакцин и сокращении пищевых отходов. Криоконсервация может продлить жизнеспособность любого биологического образца, что приносит пользу любой области биологических наук.
«Это исследование вносит существенный вклад в наше понимание термодинамики водных растворов», — сказал соавтор и заведующий кафедрой машиностроения д-р Гильермо Агилар, который является профессором Джеймса и Ады Форсайт. «Я с нетерпением жду более обнадеживающих результатов в этом направлении, которые в конечном итоге приведут к увеличению жизнеспособности биологических систем всех масштабов — от отдельных клеток до целых органов».
Соавторами Пауэлла-Палма и Агилара в этой статье являются доктор Сохейл Кавиан, аспиранты Кристал Альварес и Рон Селлерс, а также студент бакалавриата Габриэль Аризменди Санчес, все из кафедры машиностроения.
«В своей основе машиностроение требует понимания того, как что-либо — что угодно — работает. Этот проект объединяет физическую химию, физику стекла, термомеханику и криобиологию», — сказал Пауэлл-Палм. «Эти студенты проделали потрясающую работу, применив к этой работе целостное мышление, которое требуется в машиностроении».
