V prípade, že potrebujete novú obličku, náhradné srdce alebo iný životne dôležitý orgán, nemáte veľa možností. Je to tak preto, že pokiaľ ide o zdravé ľudské orgány určené na transplantácie, ktoré môžu zachrániť životy, existuje obrovská priepasť medzi ponukou a dopytom.
V Spojených štátoch bolo v roku 2013 transplantovaných 26 517 orgánov, ale na čakacej listine je viac ako 120 000 pacientov. Jednoducho povedané, pre každého nie je dostatok darov.
A čo je ešte horšie, niekedy sú orgány, ktoré sú k dispozícii, zbytočne zbytočné, pretože po odstránení z darcu už nemajú veľa trvanlivosti.
V súčasnosti je najlepšie, keď ich udržíme v špeciálnom riešení tesne nad 0 stupňov Celzia na jeden alebo dva dni, čo nedáva veľa času na nájdenie pacientov, ktorí sú plne kompatibilnými príjemcami, na ich prijatie.
Existuje však možná odpoveď. Ak by vedci našli spôsob, ako zmraziť orgány a priviesť ich späť bez toho, aby došlo k poškodeniu, možno by sme ich mohli uchovať niekoľko týždňov alebo mesiacov.
To isté by sa dalo urobiť s orgánmi navrhnutými v laboratóriu, ak ich dokážeme vytvoriť. S ohľadom na to plánuje Organizácia na zachovanie orgánov, charitatívna organizácia pripojená k laboratóriám univerzity Singularity University vo výskumnom parku NASA v Kalifornii, v pláne vytvoriť milionársku cenu pre tých, ktorí podporujú pokrok v tomto ohľade.
Je možné kryokonzervovať?
Mohli by sme teda nahliadnuť do obdobia, keď chirurgovia po transplantácii otvoria mrazničky a vyberú obličky, pečene alebo srdcia, aby vykonali operácie na záchranu života?
Vedci už 40 rokov kryokonzervujú alebo úspešne zmrazujú malé skupiny ľudských buniek.
Zachovávajú vajíčka a embryá zaplavujúce bunky roztokmi tzv. Kryoprotektívnych zlúčenín, ktoré bránia tvorbe ľadových kryštálov, ktoré môžu bunky ničiť a tiež ich chrániť pred smrteľnými kontrakciami.
Nanešťastie sa stretávajú s veľkými prekážkami, keď sa snažia tento proces implementovať vo väčšom rozsahu, pretože architektúra v najzložitejších orgánoch a tkanivách je oveľa zraniteľnejšia voči poškodeniu spôsobenému ľadovými kryštálmi.
Malá skupina vedcov sa však nevzdala a pripravuje sa na výzvu, čiastočne po stopách prírody.
Napríklad, ľadové ryby v Antarktíde prežívajú vo veľmi studených vodách pri teplote -2 stupňov Celzia vďaka nemrznúcim proteínom (AFP), ktoré znižujú bod tuhnutia ich telesných tekutín a viažu sa na Ľadové kryštály zastaviť jeho šírenie.
Vedci použili roztoky obsahujúce AFP antarktických ľadových rýb na ochranu srdca potkana po dobu až 24 hodín pri niekoľkých stupňoch pod nulou.
Avšak pri nízkych teplotách sa v AFP tohto zvieraťa vyskytujú kontraproduktívne účinky: nútia tvorbu ľadových kryštálov, aby vytvorili ostré body, ktoré prepichujú bunkové membrány.
Užitočnejšia by mohla byť iná nemrznúca zlúčenina, ktorá bola nedávno objavená v alanskom chrobákovi a ktorá toleruje -60 ° C.
Ale nemrznúca prísada sama o sebe nebude robiť svoju prácu. Dôvodom je, že zmrazenie tiež ničí bunky ovplyvňovaním toku tekutín dovnútra a von z nich.
V priestoroch medzi bunkami sa tvorí ľad, čím sa znižuje objem kvapaliny a zvyšuje sa koncentrácia rozpustených solí a iných iónov. Voda prúdi z buniek smerom von, aby sa kompenzovala a spôsobila ich vädnutie a odumretie.
V vajíčkach a embryách sú veľmi užitočné kryoprotektívne zlúčeniny, ako je napríklad glycerol: nielen vytesňujú vodu, aby zabránili tvorbe ľadu v bunkách, ale tiež pomáhajú predchádzať kontrakcii a smrti buniek.
Problém je v tom, že tieto zlúčeniny nemôžu v orgánoch fungovať s rovnakou mágiou. Na jednej strane sú tkanivové bunky oveľa citlivejšie na prienik ľadom.
A aj keď sú bunky chránené, ľadové kryštály, ktoré sa tvoria v priestoroch medzi nimi, ničia extracelulárne štruktúry, ktoré držia orgán pohromade a uľahčujú jeho funkciu.
vitrification
Jedným zo spôsobov, ako prekonať nebezpečenstvo námrazy, je zabrániť tomu, aby sa to stalo. Preto sa niektorí vedci zaväzujú k technike zvanej vitrifikácia, pri ktorej sa tkanivá ochladia tak, že sa stanú pohárom bez ľadu.
Túto metódu už používajú niektoré kliniky plodnosti a priniesla niektoré z naj povzbudivejších výsledkov, pokiaľ ide o zachovanie komplexných tkanív.
Napríklad v roku 2000 Mike Taylor a jeho kolegovia z Cell and Tissue Systems v Charlestone v Južnej Karolíne vitrifikovali 5 cm dlhé segmenty králičej žily, ktorá sa nachádza medzi bunkami a orgánmi z hľadiska a ukázali, že si po zohriatí zachovávajú väčšinu svojej funkcie.
O dva roky neskôr, Greg Fahy a jeho kolegovia z 21. storočia Medicine, výskumná spoločnosť pre kryokonzerváciu so sídlom v Kalifornii, urobili prielom: vitrifikovali králičiu obličku a udržiavali ju pod teplotou skleného prechodu - 122 stupňov Celzia po dobu 10 minút, pred rozmrazením a presadením králikom, ktorý žil 48 dní predtým, ako bol porazený, aby ho preskúmal.
„Bolo to prvýkrát, kedy bol životne dôležitý orgán s následnou podporou života kryokonzervovaný a transplantovaný, “ hovorí Fahy. „Bol to dôkaz, že išlo o realistický návrh.“
Obličky však nefungovali tak dobre, ako ich zdravá verzia, hlavne preto, že určitá časť, medulla, trvala dlhšie, než vstrebala kryoprotekčný roztok, čo znamenalo, že sa počas rozmrazovania na ňom tvoril nejaký ľad.
„Aj keď sme mali skvelú náladu, tiež sme vedeli, že sa musíme zlepšovať, “ dodáva Fahy.
„To je najbližšie, čo sme prišli, “ hovorí Taylor a dodáva varovnú poznámku. „Bolo to pred viac ako 10 rokmi, a ak bola táto technika dostatočne robustná, potom by mali existovať správy a následné štúdie, ktoré potvrdzujú tento nález, niečo, čo neexistuje.“
Pokrok bol čiastočne pomalý, hovorí Fahy, pretože prestal vyrábať chemikáliu, ktorá bola kľúčovou súčasťou jeho metódy. Jeho skupina však opäť získala pôdu a pokročila vpred: na výročnom stretnutí kryobiologickej spoločnosti v roku 2013 predstavil Fahy metódu, ktorá umožňuje, aby sa šnúra rýchlejšie pokryla kryoprotektantmi.
Napriek Fahyovmu optimizmu je jasné, že pokiaľ ide o zachovanie veľkých orgánov, vitrifikácia predstavuje nejaké obrovské výzvy. Na začiatok sú potrebné vysoké koncentrácie kryoprotektantov (najmenej päťkrát vyššie ako pri konvenčnom pomalom ochladzovaní), ktoré môžu otráviť bunky a tkanivá, ktoré majú chrániť.
Tento problém sa zhoršuje pri väčších tkanivách, pretože na načítanie zlúčenín je potrebných viac času, čo znamená pomalší čas chladenia a viac príležitostí na vystavenie toxickým látkam. Okrem toho, ak je chladenie príliš rýchle alebo dosiahne príliš nízke teploty, môžu sa objaviť praskliny.
Tento mimoriadne krehký proces ohrevu predstavuje ďalšie prekážky. Ak sa sklovitá vzorka nezahrieva rýchlo alebo rovnomerne, sklovitosť ustupuje kryštalizácii, môže sa vyskytnúť proces známy ako devitrifikácia a opäť praskanie.
(Toto) je výzva, ktorú sme ešte neprekonali, “hovorí John Bischof, kryobiológ a inžinier na University of Minnesota.„ Limitujúcim faktorom je rýchlosť a jednotnosť, s ktorou ju môžeme rozmraziť. “A to preto, že Otepľovanie sa zvyčajne vykonáva zvonka dovnútra.
Minulý rok Bischof a postgraduálny študent Michael Etheridge navrhli spôsob riešenia problému: pridali magnetické nanočastice k kryoprotektantu.
Ide o to, že častice sa rozptýlia tkanivom a keď sú vzrušené magnetickým poľom, všetko rýchlo a rovnomerne zahrievajú. Duo v súčasnosti spolupracuje s Taylorom a jeho kolegami na testovaní metódy v tepnách králikov.
Ľad v akcii
Vo väčšine prípadov pokrok v tejto oblasti prišiel pokusom a omylom: testovanie kombinácií riešení a metód zamŕzania a rozmrazovania.
Vedci však začali využívať nové technológie na podrobnejšie skúmanie správania sa ľadu v bunkách a tkanivách.
Ak sú procesy podrobne pochopené, dá sa očakávať, že na ich kontrolu môžu byť navrhnuté inovatívne a účinnejšie metódy.
Za posledných 12 mesiacov došlo v tejto oblasti k výraznému pokroku. Taylor, ktorý pracuje s Yoedom Rabinom, mechanickým inžinierom na Carnegie Mellon University v Pittsburghu, predstavil nové zariadenie, ktoré umožňuje vizualizáciu plnofarebných termálnych obrázkov s vysokým rozlíšením na veľkoobjemových tkaninách.
Medzitým Jens Karlsson z Villanovej univerzity v Pensylvánii nedávno zachytil mikroskopické videosekvencie s ultra-pomalým pohybom od chvíle, keď ľad vstúpi do malých vreciek medzi dvoma pevne zviazanými bunkami a potom v nich spôsobí kryštalizáciu.
Perspektívy týchto metód by mohli priniesť nové nápady, ako manipulovať s procesom zmrazenia, hovorí Karlsson, ktorý sa snaží prísť na to, ako kryokonzervovať tkanivá starostlivou kontrolou procesu zmrazovania a rozmrazovania, a nie prostredníctvom vitrifikácie.
Jednou z možností je geneticky navrhnúť bunky, ktoré je možné presvedčiť, aby vytvorili spojenia bunka-bunka, ktoré sú schopné odolávať kryokonzervácii. Ďalšou úlohou by bolo nájsť spôsob, ako usmerniť tvorbu extracelulárneho ľadu tak, aby to neovplyvnilo funkciu orgánu.
Spoločnosť Karlsson je tiež ochotná používať počítačové simulácie procesu zmrazovania na účinné testovanie miliónov možných protokolov.
„Potrebujeme tieto druhy nástrojov na urýchlenie pokroku, “ hovorí Karlsson, ktorý porovnáva úlohu s „pokusom dosiahnuť Mesiac s zlomkom prostriedkov určených na toto úsilie.“
Aj pri obmedzených zdrojoch táto oblasť preukázala, že kryokonzervácia bez ľadu je praktická pre malé tkanivá, ako je napríklad segment krvných ciev. „Prekážkou, ktorá zostáva a ktorá je dôležitá, “ hovorí Taylor, „je prispôsobiť ju ľudskému orgánu.“
Pre Karlssona, ktorý má podozrenie, že takéto úsilie „by mohlo naraziť do steny“ skôr, ako bude vitrifikácia slúžiť ľudským orgánom, predstavuje metóda zmrazenia (alebo to, čo nazýva metódy založené na ľade) rovnakú alebo dokonca cestu Spoľahlivejšie k úspechu.
Existuje však jedna posledná predstava, ktorú treba brať vážne. „Žiadna kryokonzervačná technika neponúka 100% prežitie komponentov buniek, “ hovorí Taylor.
„V mnohých aplikáciách to možno tolerovať, ale pre jeden orgán by to mohlo znamenať značný stupeň poškodenia po skladovaní alebo transplantácii.“
V konečnom dôsledku to znamená, že bez ohľadu na to, ako dobre sú exempláre konzervované zmrazením, pravdepodobne budú mať nižšiu kvalitu v porovnaní s novo získanými orgánmi.
Zdroj: www.DiarioSalud.net
