Če potrebujete novo ledvico, nadomestno srce ali drug vitalni organ, nimate veliko možnosti. To je zato, ker gre pri zdravih človeških organih za presaditve, ki lahko rešijo življenje, med ponudbo in povpraševanjem obstaja ogromen prepad.
V ZDA so leta 2013 presadili 26.517 organov, na čakalnem seznamu pa je več kot 120.000 bolnikov. Preprosto povedano, donacij ni dovolj za vse.
Še huje je, da se včasih organi, ki so na voljo, zapravijo, ker nimajo veliko roka uporabnosti, ko so enkrat odstranjeni od darovalca.
Trenutno je najboljše, kar lahko storimo, da jih hranimo v posebni raztopini malo nad 0 stopinj Celzija za en ali dva dni, kar ne omogoča veliko časa, da bi našli paciente, ki so popolnoma združljivi prejemniki, da jih sprejmejo.
Vendar obstaja možen odgovor. Če bi znanstveniki našli način, kako zamrzniti organe in jih vrniti nazaj, ne da bi pri tem poškodovali škodo, bi jih morda obdržali tedne ali mesece.
Enako bi lahko storili z organi, ki so bili zasnovani v laboratoriju, če jih znamo ustvariti. Glede na to namerava združenje click Organ Preservation Alliance, dobrodelno združenje laboratorijev univerze Singularity v raziskovalnem parku NASA v Kaliforniji, načrtovati milijonsko nagrado za tiste, ki spodbujajo napredek na tem področju.
Ali je možno krioprezervacijo?
Bi torej lahko videli trenutek, ko transplantacijski kirurgi odprejo zamrzovalnike in izberejo ledvice, jetra ali srca za izvajanje reševalnih operacij?
Znanstveniki že 40 let kriozervirajo ali uspešno zamrznejo majhne skupine človeških celic.
Ohranjajo ovule in zarodke, ki preplavijo celice z raztopinami tako imenovanih krioprotektantskih spojin, ki preprečujejo nastanek ledenih kristalov, ki lahko uničijo celice in jih tudi zaščitijo pred smrtonosnim krčenjem.
Žal se srečujejo z velikimi ovirami, ko poskušajo ta postopek izvesti v širšem obsegu, saj je arhitektura znotraj najbolj zapletenih organov in tkiv veliko bolj občutljiva na poškodbe, povezane z ledenimi kristali.
Vendar pa se majhna skupina raziskovalcev ni odpovedala in se delno pripravlja na izziv, upoštevajoč narave.
Na primer, ledene ribe na Antarktiki preživijo v zelo hladnih vodah pri -2 stopinjah Celzija zahvaljujoč beljakovinam proti zmrzovanju (AFP), ki zmanjšajo ledišče telesnih tekočin in se vežejo na Kristali ledu zaustavijo njegovo širjenje.
Raziskovalci so uporabili raztopine, ki vsebujejo antarktične ledene ribe AFP, za ohranjanje srčnih podgan do 24 ur pri nekaj stopinjah pod ničlo.
Vendar pa se pri AFP-jih te živali pri nižjih temperaturah pojavijo kontraproduktivni učinki: prisilijo tvorbo ledenih kristalov, da nastanejo ostre točke, ki prebijejo celične membrane.
Še ena od spojin proti zmrzovanju, ki so jo nedavno odkrili v aljaškem hrošču, ki lahko prenaša -60 ° C, je morda bolj koristna.
Toda samo sestavine proti zmrzovanju ne bodo opravile dela. To je zato, ker zamrzovanje uniči tudi celice, tako da vpliva na pretok tekočin v njih in zunaj njih.
V prostorih med celicami se oblikuje led, ki zmanjšuje volumen tekočine in poveča koncentracijo raztopljenih soli in drugih ionov. Voda odteka iz celic navzven, da bi jo kompenzirala, zaradi česar se venejo in umrejo.
V ovulih in zarodkih so zelo koristne krioprotektivne spojine, kot je glicerol: ne samo izpodrinejo vodo, da preprečijo nastanek ledu v celicah, ampak tudi preprečijo krčenje celic in smrt.
Težava je v tem, da te spojine ne morejo delovati z isto magijo v organih. Po eni strani so tkivne celice veliko bolj dovzetne za prodor ledu.
In tudi ko so celice zaščitene, ledeni kristali, ki se tvorijo v prostorih med njimi, uničijo zunajcelične strukture, ki držijo organ skupaj in olajšajo njegovo delovanje.
Čiščenje
Eden od načinov za premagovanje nevarnosti zaledenitve je preprečevanje, da bi se to zgodilo. Zato se nekateri znanstveniki zavzemajo za tehniko, imenovano vitrifikacija, pri kateri se tkiva tako ohladijo, da postanejo steklo brez ledu.
Metodo že uporabljajo nekatere klinike za plodnost in je prinesla nekaj najbolj spodbudnih rezultatov do zdaj glede ohranjanja zapletenih tkiv.
Leta 2000 sta na primer Mike Taylor in njegovi sodelavci iz Cell and Tissue Systems v Charlestonu v Južni Karolini vitrificirali 5 cm dolge segmente zajčje vene, ki se nahaja med celicami in organi v smislu kompleksnost in pokazali, da po segrevanju ohranijo večino svoje funkcije.
Dve leti pozneje sta Grega Fahy in njegovi sodelavci iz kalifornijskega raziskovalnega podjetja za krioprezervacijo s sedežem v Kaliforniji naredili preboj: vitrificirali so zajčjo ledvico in jo držali pod temperaturo stekla - 122 stopinj Celzija 10 minut, preden so ga odmrznili in presadili na zajca, ki je živel 48 dni, preden so ga zaklali, da bi ga pregledal.
"Prvič je bil vitalni organ z nadaljnjo življenjsko podporo krio konzerviran in presajen, " pravi Fahy. "Bil je dokaz, da gre za realen predlog."
Toda ledvica ni delovala tako dobro kot zdrava različica, predvsem zato, ker je določen del, medula, potreboval dlje časa, da je absorbiral raztopino krioprotektanta, kar je pomenilo, da se je na njej med odmrzovanjem oblikoval nekaj ledu.
"Čeprav smo bili v odličnem duhu, smo tudi vedeli, da se moramo izboljšati, " dodaja Fahy.
"To je najbližje, kar smo prišli, " pravi Taylor in doda opozorilno noto. "To je bilo pred več kot 10 leti, in če je bila tehnika dovolj robustna, bi morali biti poročila in nadaljnje študije, ki potrjujejo ugotovitev, nekaj, kar še ni obstajalo."
Deloma je napredek deloma počasen, pravi Fahy, ker je prenehal proizvajati kemikalijo, ki je bila ključni del njegove metode. Vendar se je njegova skupina ponovno uveljavila in stopila korak naprej: na letnem srečanju društva za kriobiologijo leta 2013 je Fahy predstavil metodo, ki omogoča, da se vrvica hitreje naloži s krioprotektivami.
Kljub Fahyjevemu optimizmu je očitno, da gre pri ohranjanju velikih organov za vitrifikacijo za izzive. Za začetek so potrebne visoke koncentracije krioprotektantov (vsaj petkrat večje kot pri običajnem počasnem hlajenju), ki lahko zastrupijo celice in tkiva, ki naj bi jih zaščitili.
Težava se poslabša z večjimi tkivi, ker je za nalaganje spojin potrebnih več časa, kar pomeni počasnejši čas hlajenja in več možnosti za izpostavljenost strupi. Če se ohlajanje prehitro porabi ali doseže prenizke temperature, se lahko pojavijo razpoke.
Ta izjemno občutljiv postopek ogrevanja predstavlja več ovir. Če se vitrificirani vzorec ne segreva hitro ali dokaj enakomerno, steklina daje kristalizacijo, lahko pride do procesa devitrifikacije in, spet, razpok.
(To) je izziv, ki ga še nismo premagali, "pravi John Bischof, kriobiolog in inženir z univerze v Minnesoti." Omejevalni dejavnik sta hitrost in enakomernost, s katero ga lahko odmrznemo. "In to je zato, ker Ogrevanje običajno poteka od zunaj navznoter.
Lani sta Bischof in podiplomski študent Michael Etheridge predlagala način za rešitev problema: v raztopino krioprotektantov dodajte magnetne nanodelce.
Ideja je, da se delci razpršijo skozi tkivo in ko jih magnetna polja enkrat vzbudijo, vse segrejejo hitro in enakomerno. Dvoboj trenutno sodeluje s Taylorjem in njegovimi kolegi, da bi preizkusili metodo na arterijah zajcev.
Led v akciji
Napredek na tem področju je večinoma prišel s poskusi in napakami: preizkušanje kombinacij rešitev in metod zamrzovanja in odmrzovanja.
Toda raziskovalci so začeli izkoristiti tudi nove tehnologije, da bi natančneje preučili, kako se led obnaša v celicah in tkivih.
Če bomo procese podrobno razumeli, je mogoče pričakovati, da bo mogoče zasnovati inovativne in učinkovitejše metode za njihovo obvladovanje.
V zadnjih 12 mesecih je bil na tem področju velik napredek. Taylor, ki sodeluje z Yoedom Rabinom, inženirjem strojništva na univerzi Carnegie Mellon v Pittsburghu, je predstavila novo napravo, ki omogoča vizualizacijo polnobarvnih toplotnih slik visoke ločljivosti na tkaninah z veliko prostornino.
Medtem je Jens Karlsson z univerze Villanova v Pensilvaniji pred kratkim zajel ultra počasne mikroskopske video sekvence od trenutka, ko led vstopi v majhne žepe med dvema tesno povezanima celicama in nato povzroči kristalizacijo v njih.
Karlsson, ki poskuša ugotoviti, kako krioprezervavati tkiva s skrbnim nadzorom postopka zamrzovanja in odmrzovanja, lahko prinese nove ideje o tem, kako manipulirati s postopkom zamrzovanja, ne pa skozi vitrifikacije.
Ena od možnosti je genetsko oblikovanje celic, ki jih je mogoče prepričati, da tvorijo stike med celicami in celicami, ki se lahko upirajo krio konzervaciji. Naslednja naloga bi bila najti način, kako usmeriti nastanek zunajceličnega ledu, da ne bi vplival na delovanje organa.
Karlsson je pripravljen uporabiti tudi računalniške simulacije postopka zamrzovanja, da bi učinkovito preizkusil milijone možnih protokolov.
"Te vrste orodja potrebujemo za pospešitev napredka, " pravi Karlsson, ki nalogo primerja z "poskušanjem doseči Luno z delom sredstev, namenjenih temu prizadevanju."
Tudi z omejenimi viri je območje pokazalo, da je krioprezervacija brez ledu praktična za majhna tkiva, kot je segment krvnih žil. "Prepreka, ki ostaja in je pomembna, " pravi Taylor, "je, da jo prilagodimo človeškemu organu."
Za Karlssona, ki sumi, da bi lahko taka prizadevanja "naletela na steno", preden bi vitrifikacija kdaj služila človeškim organom, zamrzovalne metode (ali tako imenovane metode, ki temeljijo na ledu) predstavljajo enako ali celo pot Zanesljivejši za uspeh.
Vendar obstaja še ena zadnja ideja, ki jo je treba jemati resno. "Nobena tehnika krio konzervacije ne nudi 100% preživetja komponentnih celic, " pravi Taylor.
"V mnogih aplikacijah je to mogoče dopuščati, vendar bi to za en organ lahko pomenilo veliko škodo, ki jo je mogoče popraviti po skladiščenju ali presaditvi."
Navsezadnje to pomeni, da ne glede na to, kako dobro so ohranjeni vzorci, so verjetno slabše kakovosti v primerjavi z novo pridobljenimi organi.
Vir: www.DiarioSalud.net
