Τρίτη, 22 Απριλίου 2014.- Φανταστείτε ότι οι γιατροί θα μπορούσαν να ανοίξουν καταψύκτες και να επιλέξουν νεφρά, συκώτια ή καρδιές που θα χρησιμοποιούσαν σε πράξεις εξοικονόμησης ζωής. Τα παρακάτω εξηγούν γιατί αυτό είναι τόσο δύσκολο να επιτευχθεί.
Σε περίπτωση που χρειάζεστε νέο νεφρό, καρδιά αντικατάστασης ή άλλο ζωτικό όργανο, δεν έχετε πολλές επιλογές. Αυτό συμβαίνει επειδή όταν πρόκειται για υγιή ανθρώπινα όργανα για μεταμοσχεύσεις που μπορούν να σώσουν ζωές, υπάρχει ένα τεράστιο χάσμα μεταξύ προσφοράς και ζήτησης.
Στις Ηνωμένες Πολιτείες, 26.517 όργανα μεταμοσχεύθηκαν το 2013, αλλά περισσότεροι από 120.000 ασθενείς βρίσκονται στη λίστα αναμονής. Με απλά λόγια, δεν υπάρχουν αρκετές δωρεές για όλους.
Ακόμη χειρότερα, μερικές φορές τα όργανα που είναι διαθέσιμα χάνονται επειδή δεν έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής όταν αφαιρεθούν από τον δότη.
Προς το παρόν, το καλύτερο που μπορούμε να κάνουμε είναι να τους κρατήσουμε σε μια ειδική λύση λίγο πάνω από 0 βαθμούς Κελσίου για μία ή δύο ημέρες, γεγονός που δεν επιτρέπει πολύ χρόνο για να βρεθούν ασθενείς που είναι πλήρως συμβατοί για να τους λάβουν.
Αλλά υπάρχει μια πιθανή απάντηση. Εάν οι επιστήμονες μπορούσαν να βρουν έναν τρόπο να παγώσουν τα όργανα και να τους φέρουν πίσω χωρίς να βλάψουν, θα μπορούσαμε ενδεχομένως να τους κρατήσουμε για εβδομάδες ή μήνες.
Το ίδιο θα μπορούσε να γίνει με τα όργανα που σχεδιάστηκαν στο εργαστήριο, αν μπορούμε να τα δημιουργήσουμε. Με αυτό το πνεύμα, το click Organ Συγκέντρωση Διατήρησης, μια φιλανθρωπική οργάνωση που συνδέεται με τα εργαστήρια του Πανεπιστημίου Singularity στο ερευνητικό πάρκο της NASA στην Καλιφόρνια, σχεδιάζει να δημιουργήσει ένα βραβείο εκατομμυριούχου για εκείνους που ενθαρρύνουν την πρόοδο στον τομέα αυτό.
Έτσι, θα μπορούσαμε να δούμε μια εποχή που οι χειρουργοί μεταμοσχεύσεων ανοίγουν καταψύκτες και επιλέγουν νεφρά, συκώτια ή καρδιές για τη διεξαγωγή ενεργειών διάσωσης;
Οι επιστήμονες έχουν κρυοσυντήρηση ή κατάψυξη με επιτυχία μικρές ομάδες ανθρώπινων κυττάρων για 40 χρόνια.
Διατηρούν ωάρια και έμβρυα που πλημμυρίζουν τα κύτταρα με διαλύματα των αποκαλούμενων κρυοπροστατευτικών ενώσεων, τα οποία εμποδίζουν το σχηματισμό κρυστάλλων πάγου που μπορούν να καταστρέψουν τα κύτταρα και επίσης να τα προστατεύσουν από τη θανατηφόρο συστολή.
Δυστυχώς, αντιμετωπίζουν μεγάλα εμπόδια όταν προσπαθούν να εφαρμόσουν αυτή τη διαδικασία σε μεγαλύτερη κλίμακα, καθώς η αρχιτεκτονική μέσα στα πιο πολύπλοκα όργανα και τους ιστούς είναι πολύ πιο ευάλωτη στις βλάβες που σχετίζονται με τους κρυστάλλους πάγου.
Ωστόσο, μια μικρή ομάδα ερευνητών δεν έχει εγκαταλείψει και προετοιμάζεται για την πρόκληση, εν μέρει, ακολουθώντας τις ενδείξεις της φύσης.
Για παράδειγμα, τα ψάρια πάγου στην Ανταρκτική επιβιώνουν σε πολύ κρύα νερά στους -2 βαθμούς Κελσίου χάρη στις αντιψυκτικές πρωτεΐνες (AFP), οι οποίες μειώνουν το σημείο πήξης των σωματικών υγρών τους και δεσμεύονται Κρύσταλλοι πάγου για να σταματήσουν τη διάδοσή τους.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν διαλύματα που περιέχουν AFP της Ανταρκτικής για ψάρια πάγου για να διατηρήσουν τις καρδιές αρουραίων για μια περίοδο έως 24 ωρών σε λίγους βαθμούς κάτω από το μηδέν.
Ωστόσο, σε χαμηλότερη θερμοκρασία εμφανίζονται αντιπαραγωγικές επιδράσεις στις AFPs αυτού του ζώου: αναγκάζουν τον σχηματισμό κρυστάλλων πάγου για να παράγουν αιχμηρά σημεία που διαπερνούν τις κυτταρικές μεμβράνες.
Μια άλλη αντιψυκτική ένωση που ανακαλύφθηκε πρόσφατα σε σκαθάρι της Αλάσκας που μπορεί να ανεχθεί -60 ° C μπορεί να είναι πιο χρήσιμη.
Αλλά τα συστατικά αντιψυκτικών μόνο δεν πρόκειται να κάνουν τη δουλειά. Αυτό συμβαίνει επειδή η κατάψυξη καταστρέφει επίσης τα κύτταρα επηρεάζοντας τη ροή υγρών μέσα και έξω από αυτά.
Ο πάγος σχηματίζεται στους χώρους μεταξύ των κυττάρων, μειώνοντας τον όγκο του υγρού και αυξάνοντας τη συγκέντρωση διαλελυμένων αλάτων και άλλων ιόντων. Το νερό βγαίνει από τα κύτταρα προς τα έξω για να αντισταθμίσει, προκαλώντας τους να μαραθούν και να πεθάνουν.
Σε ωοθήκες και έμβρυα, οι κρυοπροστατευτικές ενώσεις όπως η γλυκερόλη είναι πολύ χρήσιμες: όχι μόνο μετατοπίζουν το νερό για να αποτρέψουν τον σχηματισμό πάγου μέσα στα κύτταρα, αλλά επίσης να βοηθήσουν στην πρόληψη της συστολής των κυττάρων και του θανάτου.
Το πρόβλημα είναι ότι αυτές οι ενώσεις δεν μπορούν να λειτουργήσουν με την ίδια μαγεία στα όργανα. Από τη μία πλευρά, τα κύτταρα ιστού είναι πολύ πιο ευαίσθητα στη διείσδυση του πάγου.
Ακόμη και όταν τα κύτταρα προστατεύονται, οι πάγοι που σχηματίζονται στους χώρους μεταξύ τους καταστρέφουν τις εξωκυτταρικές δομές που συγκρατούν το όργανο μαζί και διευκολύνουν τη λειτουργία του.
Ένας τρόπος για να ξεπεραστούν οι κίνδυνοι του πάγου είναι να αποφευχθεί αυτό να συμβεί. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ορισμένοι επιστήμονες έχουν δεσμευτεί σε μια τεχνική που ονομάζεται υαλοποίηση, με αποτέλεσμα οι ιστοί να πάρουν τόσο κρύο ώστε να γίνουν ένα γυαλί χωρίς πάγο.
Η μέθοδος χρησιμοποιείται ήδη από ορισμένες κλινικές γονιμότητας και έχει παραγάγει μερικά από τα πιο ενθαρρυντικά αποτελέσματα μέχρι σήμερα όσον αφορά τη διατήρηση σύνθετων ιστών.
Το 2000, για παράδειγμα, ο Mike Taylor και οι συνεργάτες του στο Cell and Tissue Systems στο Τσάρλεστον της Νότιας Καρολίνας υαλοποιούσαν τμήματα μιας κωνικής κουνελιού μήκους 5 εκατοστών, τα οποία βρίσκονται μεταξύ κυττάρων και οργάνων όσον αφορά πολυπλοκότητα και έδειξαν ότι διατηρούν το μεγαλύτερο μέρος της λειτουργίας τους μετά τη θέρμανση.
Δύο χρόνια αργότερα, ο Greg Fahy και οι συνεργάτες του στην ιατρική του 21ου αιώνα, μια ερευνητική εταιρία κρυοσυντήρησης που εδρεύει στην Καλιφόρνια, έκαναν μια σημαντική ανακάλυψη: υαλοποιούσαν το νεφρό ενός κουνελιού κρατώντας το κάτω από τη θερμοκρασία μετάπτωσης γυαλιού - 122 βαθμούς Κελσίου για 10 λεπτά, πριν από την απόψυξη και την μεταφύτευση σε ένα κουνέλι που έζησε 48 ημέρες πριν σφαγεί για να το εξετάσει.
«Ήταν η πρώτη φορά που ένα ζωτικό όργανο με μετέπειτα υποστήριξη ζωής είχε κρυοσυντηρηθεί και μεταμοσχευθεί», λέει ο Fahy. "Ήταν απόδειξη ότι ήταν μια ρεαλιστική πρόταση."
Αλλά ο νεφρός δεν δούλεψε όπως και μια υγιής εκδοχή, κυρίως επειδή ένα συγκεκριμένο μέρος, το medulla, χρειάστηκε περισσότερο χρόνο για να απορροφήσει το κρυοπροστατευτικό διάλυμα, πράγμα που σήμαινε ότι κάποια πάγος σχηματίστηκε πάνω του κατά την απόψυξη.
"Παρά το γεγονός ότι ήμασταν σε μεγάλο πνεύμα, ήμασταν επίσης γνωστό ότι έπρεπε να βελτιώσουμε", προσθέτει ο Fahy.
"Αυτό είναι το πιο κοντά που έχουμε έρθει", λέει ο Taylor, προσθέτοντας μια προειδοποιητική σημείωση. "Αυτό ήταν περισσότερο από 10 χρόνια πριν, και αν η τεχνική ήταν αρκετά ισχυρή, τότε θα έπρεπε να έχουν υπάρξει αναφορές και μελέτες παρακολούθησης που να πιστοποιούν το εύρημα, κάτι που δεν υπήρχε".
Η πρόοδος ήταν αργή, εν μέρει, λέει ο Fahy, επειδή σταμάτησε να παράγει μια χημική ουσία που ήταν βασικό μέρος της μεθόδου του. Ωστόσο, η ομάδα του ανέκτησε έδαφος και ανέβηκε προς τα εμπρός: στην ετήσια συνάντηση της Εταιρείας Κρυοβιολογίας το 2013, ο Fahy παρουσίασε μια μέθοδο που επιτρέπει στο καλώδιο να φορτώνεται πιο γρήγορα με κρυοπροστατευτικά.
Παρά την αισιοδοξία του Fahy, είναι σαφές ότι όταν πρόκειται για τη διατήρηση μεγάλων οργάνων, η υαλοποίηση δημιουργεί μερικές τεράστιες προκλήσεις. Αρχικά, απαιτούνται υψηλές συγκεντρώσεις κρυοπροστατευτικών (τουλάχιστον πέντε φορές μεγαλύτερες από τη συμβατική βραδεία ψύξη) που μπορεί να δηλητηριάσουν τα κύτταρα και τους ιστούς που υποτίθεται ότι προστατεύουν.
Το πρόβλημα επιδεινώνεται με μεγαλύτερους ιστούς επειδή απαιτείται περισσότερος χρόνος για τη φόρτωση των ενώσεων, πράγμα που σημαίνει βραδύτερους χρόνους ψύξης και περισσότερες ευκαιρίες τοξικής έκθεσης. Επιπλέον, εάν η ψύξη είναι πολύ γρήγορη ή φτάσει σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, μπορεί να εμφανιστούν ρωγμές.
Αυτή η εξαιρετικά λεπτή διαδικασία θέρμανσης παρουσιάζει περισσότερα εμπόδια. Αν το υαλοποιημένο δοκίμιο δεν θερμαίνεται γρήγορα ή αρκετά ομοιόμορφα, η υαλίνωση παραπέμπει στην κρυστάλλωση, μια διαδικασία γνωστή ως απονίτρωση και, πάλι, μπορεί να εμφανιστούν ρωγμές.
(Αυτή είναι μια πρόκληση που δεν έχουμε ξεπεράσει ακόμα », λέει ο John Bischof, κλαβοβιολόγος και μηχανικός στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότα.« Ο περιοριστικός παράγοντας είναι η ταχύτητα και η ομοιομορφία με τα οποία μπορούμε να τον αποψύξουμε ». Η θέρμανση γίνεται συνήθως από έξω προς τα μέσα.
Πέρυσι, ο Bischof και ο μεταπτυχιακός φοιτητής Michael Etheridge πρότειναν έναν τρόπο επίλυσης του προβλήματος: προσθέστε μαγνητικά νανοσωματίδια στο κρυοπροστατευτικό διάλυμα.
Η ιδέα είναι ότι τα σωματίδια διασκορπίζονται μέσα από τον ιστό και, μόλις ενθουσιαστούν από τα μαγνητικά πεδία, θερμαίνουν τα πάντα γρήγορα και ομοιόμορφα. Το δίδυμο εργάζεται επί του παρόντος με τον Taylor και τους συναδέλφους του για να δοκιμάσει τη μέθοδο στις αρτηρίες των κουνελιών.
Ως επί το πλείστον, οι προόδους στο πεδίο έχουν προέλθει από δοκιμές και σφάλματα: δοκιμές συνδυασμών λύσεων και μεθόδων κατάψυξης και απόψυξης.
Ωστόσο, οι ερευνητές έχουν αρχίσει να επωφελούνται από τις νέες τεχνολογίες για να εξετάσουν με μεγαλύτερη προσοχή τον τρόπο συμπεριφοράς του πάγου στα κύτταρα και στους ιστούς.
Εάν οι διαδικασίες είναι κατανοητές λεπτομερώς, μπορεί να αναμένεται ότι μπορούν να σχεδιαστούν καινοτόμες και αποτελεσματικότερες μέθοδοι για τον έλεγχο τους.
Τους τελευταίους 12 μήνες σημειώθηκαν σημαντικές πρόοδοι στον τομέα αυτό. Ο Taylor, ο οποίος συνεργάζεται με τον Yoed Rabin, μηχανικό μηχανικό στο Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon στο Πίτσμπουργκ, εισήγαγε μια νέα συσκευή που επιτρέπει την απεικόνιση πλήρους χρώματος θερμικών εικόνων υψηλής ανάλυσης σε υφάσματα μεγάλου όγκου.
Εν τω μεταξύ, ο Jens Karlsson του Πανεπιστημίου Villanova στην Πενσυλβάνια συνέλαβε πρόσφατα μικροσκοπικές ακολουθίες βίντεο βραδείας κίνησης από τη στιγμή που ο πάγος εισέρχεται σε μικρές τσέπες μεταξύ δύο στενά συνδεδεμένων κυττάρων και στη συνέχεια προκαλεί την κρυστάλλωση μέσα σε αυτά.
Οι προοπτικές αυτών των μεθόδων θα μπορούσαν να φέρουν νέες ιδέες για τον χειρισμό της διαδικασίας κατάψυξης, λέει ο Karlsson, ο οποίος προσπαθεί να καταλάβει πώς να κρυοσυντηρεί τους ιστούς μέσω προσεκτικού ελέγχου της διαδικασίας κατάψυξης και απόψυξης παρά μέσω της υαλοποίησης.
Μία δυνατότητα είναι η γενετική σχεδίαση κυττάρων που μπορούν να πεισθούν να σχηματίσουν συνενώσεις κυττάρου-κυττάρου που είναι ικανά να αντιστέκονται στην κρυοσυντήρηση. Το επόμενο καθήκον θα ήταν να βρούμε έναν τρόπο να κατευθύνουμε το σχηματισμό εξωκυτταρικού πάγου έτσι ώστε να μην επηρεάζει τη λειτουργία ενός οργάνου.
Ο Karlsson είναι επίσης πρόθυμος να χρησιμοποιήσει υπολογιστικές προσομοιώσεις της διαδικασίας κατάψυξης για την αποτελεσματική δοκιμή εκατομμυρίων πιθανών πρωτοκόλλων.
"Χρειαζόμαστε αυτούς τους τύπους εργαλείων για να επιταχύνουμε την πρόοδο", λέει ο Karlsson, ο οποίος συγκρίνει το έργο με την "προσπάθεια να φτάσει στο φεγγάρι με ένα κλάσμα των κονδυλίων που αφιερώνεται σε αυτή την προσπάθεια".
Ακόμη και με περιορισμένους πόρους, η περιοχή έχει δείξει ότι η κρυοσυντήρηση χωρίς πάγο είναι πρακτική για μικρούς ιστούς, όπως για παράδειγμα ένα τμήμα αιμοφόρων αγγείων. "Το εμπόδιο που παραμένει και αυτό είναι σημαντικό, " λέει ο Taylor, "είναι να το μετατρέψει σε ανθρώπινο όργανο".
Για τον Karlsson, ο οποίος υποψιάζεται ότι τέτοιες προσπάθειες "μπορεί να χτυπήσουν σε έναν τοίχο" πριν την υαλοποίηση εξυπηρετήσει πάντα ανθρώπινα όργανα, οι μέθοδοι κατάψυξης (ή αυτό που ονομάζει μεθόδους που βασίζονται στον πάγο) αντιπροσωπεύουν μια ίση ή ακόμα και μια διαδρομή Πιο αξιόπιστη προς την επιτυχία.
Αλλά υπάρχει μια τελευταία ιδέα που πρέπει να ληφθεί σοβαρά υπόψη. "Δεν υπάρχει τεχνική κρυοσυντήρησης που προσφέρει 100% επιβίωση συστατικών κυττάρων", λέει ο Taylor.
"Σε πολλές εφαρμογές αυτό μπορεί να γίνει ανεκτό, αλλά για ένα μόνο όργανο αυτό θα μπορούσε να σημαίνει σημαντικό βαθμό τραυματισμού για αποκατάσταση μετά από αποθήκευση ή μεταμόσχευση".
Τελικά, αυτό σημαίνει ότι, ανεξάρτητα από το πόσο καλά κρυοσυντηρημένα τα δείγματα είναι, είναι πιθανό να είναι κατώτερης ποιότητας σε σύγκριση με τα νεοαποκτηθέντα όργανα.
Πηγή:
Ετικέτες:
Θρέψη Οικογένεια Υγεία
Σε περίπτωση που χρειάζεστε νέο νεφρό, καρδιά αντικατάστασης ή άλλο ζωτικό όργανο, δεν έχετε πολλές επιλογές. Αυτό συμβαίνει επειδή όταν πρόκειται για υγιή ανθρώπινα όργανα για μεταμοσχεύσεις που μπορούν να σώσουν ζωές, υπάρχει ένα τεράστιο χάσμα μεταξύ προσφοράς και ζήτησης.
Στις Ηνωμένες Πολιτείες, 26.517 όργανα μεταμοσχεύθηκαν το 2013, αλλά περισσότεροι από 120.000 ασθενείς βρίσκονται στη λίστα αναμονής. Με απλά λόγια, δεν υπάρχουν αρκετές δωρεές για όλους.
Ακόμη χειρότερα, μερικές φορές τα όργανα που είναι διαθέσιμα χάνονται επειδή δεν έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής όταν αφαιρεθούν από τον δότη.
Προς το παρόν, το καλύτερο που μπορούμε να κάνουμε είναι να τους κρατήσουμε σε μια ειδική λύση λίγο πάνω από 0 βαθμούς Κελσίου για μία ή δύο ημέρες, γεγονός που δεν επιτρέπει πολύ χρόνο για να βρεθούν ασθενείς που είναι πλήρως συμβατοί για να τους λάβουν.
Αλλά υπάρχει μια πιθανή απάντηση. Εάν οι επιστήμονες μπορούσαν να βρουν έναν τρόπο να παγώσουν τα όργανα και να τους φέρουν πίσω χωρίς να βλάψουν, θα μπορούσαμε ενδεχομένως να τους κρατήσουμε για εβδομάδες ή μήνες.
Το ίδιο θα μπορούσε να γίνει με τα όργανα που σχεδιάστηκαν στο εργαστήριο, αν μπορούμε να τα δημιουργήσουμε. Με αυτό το πνεύμα, το click Organ Συγκέντρωση Διατήρησης, μια φιλανθρωπική οργάνωση που συνδέεται με τα εργαστήρια του Πανεπιστημίου Singularity στο ερευνητικό πάρκο της NASA στην Καλιφόρνια, σχεδιάζει να δημιουργήσει ένα βραβείο εκατομμυριούχου για εκείνους που ενθαρρύνουν την πρόοδο στον τομέα αυτό.
Είναι δυνατόν να κρυοσυντηρηθεί;
Έτσι, θα μπορούσαμε να δούμε μια εποχή που οι χειρουργοί μεταμοσχεύσεων ανοίγουν καταψύκτες και επιλέγουν νεφρά, συκώτια ή καρδιές για τη διεξαγωγή ενεργειών διάσωσης;
Οι επιστήμονες έχουν κρυοσυντήρηση ή κατάψυξη με επιτυχία μικρές ομάδες ανθρώπινων κυττάρων για 40 χρόνια.
Διατηρούν ωάρια και έμβρυα που πλημμυρίζουν τα κύτταρα με διαλύματα των αποκαλούμενων κρυοπροστατευτικών ενώσεων, τα οποία εμποδίζουν το σχηματισμό κρυστάλλων πάγου που μπορούν να καταστρέψουν τα κύτταρα και επίσης να τα προστατεύσουν από τη θανατηφόρο συστολή.
Δυστυχώς, αντιμετωπίζουν μεγάλα εμπόδια όταν προσπαθούν να εφαρμόσουν αυτή τη διαδικασία σε μεγαλύτερη κλίμακα, καθώς η αρχιτεκτονική μέσα στα πιο πολύπλοκα όργανα και τους ιστούς είναι πολύ πιο ευάλωτη στις βλάβες που σχετίζονται με τους κρυστάλλους πάγου.
Ωστόσο, μια μικρή ομάδα ερευνητών δεν έχει εγκαταλείψει και προετοιμάζεται για την πρόκληση, εν μέρει, ακολουθώντας τις ενδείξεις της φύσης.
Για παράδειγμα, τα ψάρια πάγου στην Ανταρκτική επιβιώνουν σε πολύ κρύα νερά στους -2 βαθμούς Κελσίου χάρη στις αντιψυκτικές πρωτεΐνες (AFP), οι οποίες μειώνουν το σημείο πήξης των σωματικών υγρών τους και δεσμεύονται Κρύσταλλοι πάγου για να σταματήσουν τη διάδοσή τους.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν διαλύματα που περιέχουν AFP της Ανταρκτικής για ψάρια πάγου για να διατηρήσουν τις καρδιές αρουραίων για μια περίοδο έως 24 ωρών σε λίγους βαθμούς κάτω από το μηδέν.
Ωστόσο, σε χαμηλότερη θερμοκρασία εμφανίζονται αντιπαραγωγικές επιδράσεις στις AFPs αυτού του ζώου: αναγκάζουν τον σχηματισμό κρυστάλλων πάγου για να παράγουν αιχμηρά σημεία που διαπερνούν τις κυτταρικές μεμβράνες.
Μια άλλη αντιψυκτική ένωση που ανακαλύφθηκε πρόσφατα σε σκαθάρι της Αλάσκας που μπορεί να ανεχθεί -60 ° C μπορεί να είναι πιο χρήσιμη.
Αλλά τα συστατικά αντιψυκτικών μόνο δεν πρόκειται να κάνουν τη δουλειά. Αυτό συμβαίνει επειδή η κατάψυξη καταστρέφει επίσης τα κύτταρα επηρεάζοντας τη ροή υγρών μέσα και έξω από αυτά.
Ο πάγος σχηματίζεται στους χώρους μεταξύ των κυττάρων, μειώνοντας τον όγκο του υγρού και αυξάνοντας τη συγκέντρωση διαλελυμένων αλάτων και άλλων ιόντων. Το νερό βγαίνει από τα κύτταρα προς τα έξω για να αντισταθμίσει, προκαλώντας τους να μαραθούν και να πεθάνουν.
Σε ωοθήκες και έμβρυα, οι κρυοπροστατευτικές ενώσεις όπως η γλυκερόλη είναι πολύ χρήσιμες: όχι μόνο μετατοπίζουν το νερό για να αποτρέψουν τον σχηματισμό πάγου μέσα στα κύτταρα, αλλά επίσης να βοηθήσουν στην πρόληψη της συστολής των κυττάρων και του θανάτου.
Το πρόβλημα είναι ότι αυτές οι ενώσεις δεν μπορούν να λειτουργήσουν με την ίδια μαγεία στα όργανα. Από τη μία πλευρά, τα κύτταρα ιστού είναι πολύ πιο ευαίσθητα στη διείσδυση του πάγου.
Ακόμη και όταν τα κύτταρα προστατεύονται, οι πάγοι που σχηματίζονται στους χώρους μεταξύ τους καταστρέφουν τις εξωκυτταρικές δομές που συγκρατούν το όργανο μαζί και διευκολύνουν τη λειτουργία του.
Υαλοποίηση
Ένας τρόπος για να ξεπεραστούν οι κίνδυνοι του πάγου είναι να αποφευχθεί αυτό να συμβεί. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ορισμένοι επιστήμονες έχουν δεσμευτεί σε μια τεχνική που ονομάζεται υαλοποίηση, με αποτέλεσμα οι ιστοί να πάρουν τόσο κρύο ώστε να γίνουν ένα γυαλί χωρίς πάγο.
Η μέθοδος χρησιμοποιείται ήδη από ορισμένες κλινικές γονιμότητας και έχει παραγάγει μερικά από τα πιο ενθαρρυντικά αποτελέσματα μέχρι σήμερα όσον αφορά τη διατήρηση σύνθετων ιστών.
Το 2000, για παράδειγμα, ο Mike Taylor και οι συνεργάτες του στο Cell and Tissue Systems στο Τσάρλεστον της Νότιας Καρολίνας υαλοποιούσαν τμήματα μιας κωνικής κουνελιού μήκους 5 εκατοστών, τα οποία βρίσκονται μεταξύ κυττάρων και οργάνων όσον αφορά πολυπλοκότητα και έδειξαν ότι διατηρούν το μεγαλύτερο μέρος της λειτουργίας τους μετά τη θέρμανση.
Δύο χρόνια αργότερα, ο Greg Fahy και οι συνεργάτες του στην ιατρική του 21ου αιώνα, μια ερευνητική εταιρία κρυοσυντήρησης που εδρεύει στην Καλιφόρνια, έκαναν μια σημαντική ανακάλυψη: υαλοποιούσαν το νεφρό ενός κουνελιού κρατώντας το κάτω από τη θερμοκρασία μετάπτωσης γυαλιού - 122 βαθμούς Κελσίου για 10 λεπτά, πριν από την απόψυξη και την μεταφύτευση σε ένα κουνέλι που έζησε 48 ημέρες πριν σφαγεί για να το εξετάσει.
«Ήταν η πρώτη φορά που ένα ζωτικό όργανο με μετέπειτα υποστήριξη ζωής είχε κρυοσυντηρηθεί και μεταμοσχευθεί», λέει ο Fahy. "Ήταν απόδειξη ότι ήταν μια ρεαλιστική πρόταση."
Αλλά ο νεφρός δεν δούλεψε όπως και μια υγιής εκδοχή, κυρίως επειδή ένα συγκεκριμένο μέρος, το medulla, χρειάστηκε περισσότερο χρόνο για να απορροφήσει το κρυοπροστατευτικό διάλυμα, πράγμα που σήμαινε ότι κάποια πάγος σχηματίστηκε πάνω του κατά την απόψυξη.
"Παρά το γεγονός ότι ήμασταν σε μεγάλο πνεύμα, ήμασταν επίσης γνωστό ότι έπρεπε να βελτιώσουμε", προσθέτει ο Fahy.
"Αυτό είναι το πιο κοντά που έχουμε έρθει", λέει ο Taylor, προσθέτοντας μια προειδοποιητική σημείωση. "Αυτό ήταν περισσότερο από 10 χρόνια πριν, και αν η τεχνική ήταν αρκετά ισχυρή, τότε θα έπρεπε να έχουν υπάρξει αναφορές και μελέτες παρακολούθησης που να πιστοποιούν το εύρημα, κάτι που δεν υπήρχε".
Η πρόοδος ήταν αργή, εν μέρει, λέει ο Fahy, επειδή σταμάτησε να παράγει μια χημική ουσία που ήταν βασικό μέρος της μεθόδου του. Ωστόσο, η ομάδα του ανέκτησε έδαφος και ανέβηκε προς τα εμπρός: στην ετήσια συνάντηση της Εταιρείας Κρυοβιολογίας το 2013, ο Fahy παρουσίασε μια μέθοδο που επιτρέπει στο καλώδιο να φορτώνεται πιο γρήγορα με κρυοπροστατευτικά.
Παρά την αισιοδοξία του Fahy, είναι σαφές ότι όταν πρόκειται για τη διατήρηση μεγάλων οργάνων, η υαλοποίηση δημιουργεί μερικές τεράστιες προκλήσεις. Αρχικά, απαιτούνται υψηλές συγκεντρώσεις κρυοπροστατευτικών (τουλάχιστον πέντε φορές μεγαλύτερες από τη συμβατική βραδεία ψύξη) που μπορεί να δηλητηριάσουν τα κύτταρα και τους ιστούς που υποτίθεται ότι προστατεύουν.
Το πρόβλημα επιδεινώνεται με μεγαλύτερους ιστούς επειδή απαιτείται περισσότερος χρόνος για τη φόρτωση των ενώσεων, πράγμα που σημαίνει βραδύτερους χρόνους ψύξης και περισσότερες ευκαιρίες τοξικής έκθεσης. Επιπλέον, εάν η ψύξη είναι πολύ γρήγορη ή φτάσει σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, μπορεί να εμφανιστούν ρωγμές.
Αυτή η εξαιρετικά λεπτή διαδικασία θέρμανσης παρουσιάζει περισσότερα εμπόδια. Αν το υαλοποιημένο δοκίμιο δεν θερμαίνεται γρήγορα ή αρκετά ομοιόμορφα, η υαλίνωση παραπέμπει στην κρυστάλλωση, μια διαδικασία γνωστή ως απονίτρωση και, πάλι, μπορεί να εμφανιστούν ρωγμές.
(Αυτή είναι μια πρόκληση που δεν έχουμε ξεπεράσει ακόμα », λέει ο John Bischof, κλαβοβιολόγος και μηχανικός στο Πανεπιστήμιο της Μινεσότα.« Ο περιοριστικός παράγοντας είναι η ταχύτητα και η ομοιομορφία με τα οποία μπορούμε να τον αποψύξουμε ». Η θέρμανση γίνεται συνήθως από έξω προς τα μέσα.
Πέρυσι, ο Bischof και ο μεταπτυχιακός φοιτητής Michael Etheridge πρότειναν έναν τρόπο επίλυσης του προβλήματος: προσθέστε μαγνητικά νανοσωματίδια στο κρυοπροστατευτικό διάλυμα.
Η ιδέα είναι ότι τα σωματίδια διασκορπίζονται μέσα από τον ιστό και, μόλις ενθουσιαστούν από τα μαγνητικά πεδία, θερμαίνουν τα πάντα γρήγορα και ομοιόμορφα. Το δίδυμο εργάζεται επί του παρόντος με τον Taylor και τους συναδέλφους του για να δοκιμάσει τη μέθοδο στις αρτηρίες των κουνελιών.
Πάγος σε δράση
Ως επί το πλείστον, οι προόδους στο πεδίο έχουν προέλθει από δοκιμές και σφάλματα: δοκιμές συνδυασμών λύσεων και μεθόδων κατάψυξης και απόψυξης.
Ωστόσο, οι ερευνητές έχουν αρχίσει να επωφελούνται από τις νέες τεχνολογίες για να εξετάσουν με μεγαλύτερη προσοχή τον τρόπο συμπεριφοράς του πάγου στα κύτταρα και στους ιστούς.
Εάν οι διαδικασίες είναι κατανοητές λεπτομερώς, μπορεί να αναμένεται ότι μπορούν να σχεδιαστούν καινοτόμες και αποτελεσματικότερες μέθοδοι για τον έλεγχο τους.
Τους τελευταίους 12 μήνες σημειώθηκαν σημαντικές πρόοδοι στον τομέα αυτό. Ο Taylor, ο οποίος συνεργάζεται με τον Yoed Rabin, μηχανικό μηχανικό στο Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon στο Πίτσμπουργκ, εισήγαγε μια νέα συσκευή που επιτρέπει την απεικόνιση πλήρους χρώματος θερμικών εικόνων υψηλής ανάλυσης σε υφάσματα μεγάλου όγκου.
Εν τω μεταξύ, ο Jens Karlsson του Πανεπιστημίου Villanova στην Πενσυλβάνια συνέλαβε πρόσφατα μικροσκοπικές ακολουθίες βίντεο βραδείας κίνησης από τη στιγμή που ο πάγος εισέρχεται σε μικρές τσέπες μεταξύ δύο στενά συνδεδεμένων κυττάρων και στη συνέχεια προκαλεί την κρυστάλλωση μέσα σε αυτά.
Οι προοπτικές αυτών των μεθόδων θα μπορούσαν να φέρουν νέες ιδέες για τον χειρισμό της διαδικασίας κατάψυξης, λέει ο Karlsson, ο οποίος προσπαθεί να καταλάβει πώς να κρυοσυντηρεί τους ιστούς μέσω προσεκτικού ελέγχου της διαδικασίας κατάψυξης και απόψυξης παρά μέσω της υαλοποίησης.
Μία δυνατότητα είναι η γενετική σχεδίαση κυττάρων που μπορούν να πεισθούν να σχηματίσουν συνενώσεις κυττάρου-κυττάρου που είναι ικανά να αντιστέκονται στην κρυοσυντήρηση. Το επόμενο καθήκον θα ήταν να βρούμε έναν τρόπο να κατευθύνουμε το σχηματισμό εξωκυτταρικού πάγου έτσι ώστε να μην επηρεάζει τη λειτουργία ενός οργάνου.
Ο Karlsson είναι επίσης πρόθυμος να χρησιμοποιήσει υπολογιστικές προσομοιώσεις της διαδικασίας κατάψυξης για την αποτελεσματική δοκιμή εκατομμυρίων πιθανών πρωτοκόλλων.
"Χρειαζόμαστε αυτούς τους τύπους εργαλείων για να επιταχύνουμε την πρόοδο", λέει ο Karlsson, ο οποίος συγκρίνει το έργο με την "προσπάθεια να φτάσει στο φεγγάρι με ένα κλάσμα των κονδυλίων που αφιερώνεται σε αυτή την προσπάθεια".
Ακόμη και με περιορισμένους πόρους, η περιοχή έχει δείξει ότι η κρυοσυντήρηση χωρίς πάγο είναι πρακτική για μικρούς ιστούς, όπως για παράδειγμα ένα τμήμα αιμοφόρων αγγείων. "Το εμπόδιο που παραμένει και αυτό είναι σημαντικό, " λέει ο Taylor, "είναι να το μετατρέψει σε ανθρώπινο όργανο".
Για τον Karlsson, ο οποίος υποψιάζεται ότι τέτοιες προσπάθειες "μπορεί να χτυπήσουν σε έναν τοίχο" πριν την υαλοποίηση εξυπηρετήσει πάντα ανθρώπινα όργανα, οι μέθοδοι κατάψυξης (ή αυτό που ονομάζει μεθόδους που βασίζονται στον πάγο) αντιπροσωπεύουν μια ίση ή ακόμα και μια διαδρομή Πιο αξιόπιστη προς την επιτυχία.
Αλλά υπάρχει μια τελευταία ιδέα που πρέπει να ληφθεί σοβαρά υπόψη. "Δεν υπάρχει τεχνική κρυοσυντήρησης που προσφέρει 100% επιβίωση συστατικών κυττάρων", λέει ο Taylor.
"Σε πολλές εφαρμογές αυτό μπορεί να γίνει ανεκτό, αλλά για ένα μόνο όργανο αυτό θα μπορούσε να σημαίνει σημαντικό βαθμό τραυματισμού για αποκατάσταση μετά από αποθήκευση ή μεταμόσχευση".
Τελικά, αυτό σημαίνει ότι, ανεξάρτητα από το πόσο καλά κρυοσυντηρημένα τα δείγματα είναι, είναι πιθανό να είναι κατώτερης ποιότητας σε σύγκριση με τα νεοαποκτηθέντα όργανα.
Πηγή:
