Utorak, 22. travnja 2014. - Zamislite da bi liječnici mogli otvoriti zamrzivače i odabrati bubrege, jetru ili srce koje će se koristiti u operacijama spašavanja života. Sljedeće objašnjava zašto je to tako teško postići.
U slučaju da vam treba novi bubreg, zamjensko srce ili neki drugi vitalni organ, nemate mnogo mogućnosti. To je zato što kada je riječ o zdravim ljudskim organima za transplantacije koje mogu spasiti živote, postoji velika provalija između ponude i potražnje.
U Sjedinjenim Američkim Državama transplantirano je 26.517 organa u 2013. godini, ali više od 120.000 pacijenata nalazi se na listi čekanja. Jednostavno rečeno, nema dovoljno donacija za sve.
Što je još gore, ponekad se raspoloživi organi izgube jer nemaju dulji rok trajanja jednom kad se uklone od davatelja.
Trenutačno je najbolje što ih držimo u posebnom rješenju nešto iznad 0 Celzijevih stupnjeva tijekom jednog ili dva dana, što ne ostavlja puno vremena za pronalaženje pacijenata koji su potpuno kompatibilni primatelji koji bi ih mogli primiti.
Ali postoji mogući odgovor. Ako bi znanstvenici mogli pronaći način da zamrznu organe i vrate ih bez oštećenja, možda bismo ih mogli zadržati tjednima ili mjesecima.
Isto bismo mogli učiniti s organima koji su projektirani u laboratoriju, ako ih budemo u stanju stvoriti. Imajući to u vidu, kliknite Organ Preservation Alliance, dobrotvorna organizacija pri Sveučilištu Singularity u NASA Research parku u Kaliforniji, planira stvoriti milionsku nagradu za one koji potiču napredak u tom pogledu.
Dakle, možemo li vidjeti vrijeme kada kirurzi za transplantaciju otvaraju zamrzivače i odabiru bubrege, jetru ili srce za obavljanje spasilačkih operacija?
Znanstvenici krioprezerviraju ili uspješno zamrzavaju male grupe ljudskih stanica već 40 godina.
Oni čuvaju ovule i embrije koji preplavljuju stanice otopinama takozvanih krioprotektantnih spojeva koji sprječavaju stvaranje ledenih kristala koji mogu uništiti stanice i štite ih od smrtonosnih kontrakcija.
Nažalost, susreću se s velikim preprekama kada pokušaju implementirati taj proces u većem obimu, budući da je arhitektura unutar najsloženijih organa i tkiva znatno osjetljivija na oštećenja povezana s kristalima leda.
Međutim, mala skupina istraživača nije odustala i priprema se za izazov, dijelom, slijedom tragova prirode.
Na primjer, ledena riba na Antarktici opstaje u vrlo hladnim vodama na -2 Celzijeva stupnja zahvaljujući proteinima protiv smrzavanja (AFP), koji smanjuju tačku smrzavanja njihovih tjelesnih tekućina i vežu se na Kristali leda kako bi zaustavili njegovo širenje.
Istraživači su koristili rješenja koja sadrže antarktičke ledene ribe za očuvanje srca štakora do 24 sata na nekoliko stupnjeva ispod nule.
Međutim, pri nižim temperaturama u AFP-u ove životinje javljaju se kontraproduktivni učinci: oni prisiljavaju na formiranje ledenih kristala da nastanu oštre točke koje probijaju stanične membrane.
Još jedan spoj protiv smrzavanja, nedavno otkriven u aljaškom bubu, koji može podnijeti -60 ° C, mogao bi biti korisniji.
Ali sami sastojci protiv smrzavanja neće raditi posao. To je zato što zamrzavanje također uništava stanice utječući na protok tekućine iz njih i izvan njih.
Led se formira u razmacima između stanica, smanjujući volumen tekućine i povećavajući koncentraciju otopljenih soli i drugih iona. Voda izlazi iz stanica prema van kako bi se nadoknadila, uzrokujući da se one umiru i umiru.
U ovulama i zamecima krioprotektivni spojevi poput glicerola vrlo su korisni: ne samo da istiskuju vodu da spriječe stvaranje leda unutar stanica, već također pomažu u sprječavanju kontrakcije i smrti stanica.
Problem je što ti spojevi ne mogu raditi s istom magijom u organima. S jedne strane, stanice tkiva su mnogo osjetljivije na prodor leda.
Čak i kad su stanice zaštićene, ledeni kristali koji se formiraju u razmacima između njih uništavaju izvanćelijske strukture koje drže organ zajedno i olakšavaju njegovu funkciju.
Jedan od načina prevladavanja opasnosti od zaleđivanja je sprečavanje da se to dogodi. Zato se neki znanstvenici zalažu za tehniku koja se naziva vitrifikacija, pri kojoj se tkiva toliko hlade da postaju staklo bez leda.
Metodu se već koriste u nekim klinikama za plodnost i donijela je neke od naj ohrabrujućih rezultata do sada u vezi očuvanja složenih tkiva.
Na primjer, 2000. godine, Mike Taylor i njegovi kolege iz Cell and Tissue Systems u Charlestonu u Južnoj Karolini vitrificirali su 5 cm dugačke segmente zečje vene koja se nalazi između stanica i organa u smislu složenost i pokazali su da zadržavaju većinu svoje funkcije nakon zagrijavanja.
Dvije godine kasnije, Greg Fahy i njegovi kolege iz Medicine 21. stoljeća, kalifornijska tvrtka za krioprezervaciju, napravili su proboj: vitrificirali su zečji bubreg držeći ga ispod temperature stakla - 122 stupnja Celzija 10 minuta, prije nego što ga je odmrznuo i presađivao na zeca koji je živio 48 dana prije nego što je zaklao da bi ga pregledao.
"To je bio prvi put da je vitalni organ s naknadnom životnom podrškom bio krioserviran i presađen", kaže Fahy. "Bio je to dokaz da je to realan prijedlog."
No bubreg nije djelovao dobro kao zdrava verzija, uglavnom zato što je određenom dijelu medule trebalo duže vrijeme da apsorbira otopinu krioprotektera, što je značilo da se na njoj stvorio neki led tijekom odmrzavanja.
"Iako smo bili u sjajnom raspoloženju, također smo znali da se moramo poboljšati", dodaje Fahy.
"To je najbliže što smo došli", kaže Taylor dodajući opreznu notu. "To je bilo prije više od 10 godina, a ako je tehnika bila dovoljno robusna, tada je trebalo postojati izvješća i daljnje studije koje potvrđuju nalaz, nešto što nije postojalo."
Napredak je dijelom spor, rekao je Fahy jer je prestao proizvoditi kemikaliju koja je bila ključni dio njegove metode. Međutim, njegova se skupina povratila i iskoračila: na godišnjem sastanku društva Cryobiology 2013. godine, Fahy je predstavio metodu koja omogućava da se kabel brže napuni krioprotektantima.
Unatoč Fahyevom optimizmu, jasno je da kad se radi o očuvanju velikih organa vitrifikacija predstavlja neke velike izazove. Za početak, potrebne su visoke koncentracije krioprotektansa (barem pet puta veće nego kod konvencionalnog sporog hlađenja) koje mogu otrovati stanice i tkiva koje bi trebale zaštititi.
Problem se pogoršava s većim tkivima jer je potrebno više vremena za učitavanje spojeva, što znači sporije vrijeme hlađenja i veće mogućnosti za toksično izlaganje. Pored toga, ako se hlađenje prebrzo postigne ili preniske temperature, mogu se pojaviti pukotine.
Ovaj izuzetno osjetljiv postupak grijanja predstavlja još prepreka. Ako se vitrificirani uzorak ne zagrijava brzo ili prilično jednoliko, staklast način daje kristalizaciju, može se dogoditi proces poznat kao devitrifikacija i, opet, pucanje.
(To) je izazov koji još nismo prevladali, "kaže John Bischof, kriobiolog i inženjer sa Sveučilišta u Minnesoti." Ograničavajući faktor je brzina i ujednačenost pomoću kojih ga možemo odmrzavati. "I to je zato što Zagrijavanje se obično vrši izvana prema unutra.
Prošle godine Bischof i student poslijediplomskog studija Michael Etheridge predložili su način za rješenje problema: dodavanje magnetskih nanočestica u otopinu krioprotektora.
Ideja je da se čestice rasuju kroz tkivo i kada ih jednom pobude magnetska polja, zagrijavaju sve brzo i ravnomjerno. Dvojac trenutno radi s Taylorom i njegovim kolegama na testiranju metode u arterijama kunića.
U većini slučajeva, napredak na terenu došao je pokušajem i pogreškama: testiranje kombinacija otopina i metoda smrzavanja i odmrzavanja.
No, istraživači su također počeli koristiti nove tehnologije kako bi pobliže ispitali kako se led ponaša u stanicama i tkivima.
Ako se procesi detaljno razumiju, može se očekivati da se mogu osmisliti inovativne i učinkovitije metode za kontrolu nad njima.
U posljednjih 12 mjeseci došlo je do značajnog napretka u ovom području. Taylor, koja radi s Yoedom Rabinom, inženjerom strojarstva na Sveučilištu Carnegie Mellon u Pittsburghu, predstavila je novi uređaj koji omogućava vizualizaciju termičkih slika visoke razlučivosti toplinske slike na tkaninama velikog volumena.
U međuvremenu, Jens Karlsson sa Sveučilišta Villanova u Pennsylvaniji nedavno je snimio ultra-usporene mikroskopske video sekvence od trenutka kada led uđe u male džepove između dvije čvrsto vezane stanice i izazove kristalizaciju u njima.
Perspektiva ovih metoda mogla bi donijeti nove ideje o tome kako manipulirati postupkom zamrzavanja, kaže Karlsson, koji pokušava shvatiti kako krioprezervati tkiva pažljivim nadzorom procesa zamrzavanja i otapanja, a ne kroz vitrifikacije.
Jedna je mogućnost genetičko oblikovanje stanica koje se mogu uvjeriti da formiraju stanično-stanične spojeve koji su sposobni oduprijeti se krio-očuvanju. Sljedeći bi zadatak bio pronaći način za usmjeravanje stvaranja izvanstaničnog leda tako da to ne utječe na funkciju organa.
Karlsson je također voljan koristiti računalne simulacije postupka zamrzavanja kako bi učinkovito testirao milijune mogućih protokola.
"Potrebne su nam ove vrste alata za ubrzanje napretka", kaže Karlsson, koji zadatak uspoređuje s "pokušajem postizanja mjeseca do dijela sredstava namijenjenog tom naporu".
Čak i sa ograničenim resursima, područje je pokazalo da je krioprezervacija bez leda praktična za mala tkiva, poput segmenta krvnih žila. "Prepreka koja ostaje i koja je važna", kaže Taylor, "jest postavljanje ljestvice na ljudski organ."
Za Karlssona, koji sumnja da bi takvi napori "mogli naići na zid" prije nego što vitrifikacija ikad posluži ljudske organe, metode zamrzavanja (ili kako on naziva metode temeljene na ledu) predstavljaju jednak ili čak put Pouzdaniji prema uspjehu.
Ali postoji i posljednja ideja koju treba shvatiti ozbiljno. "Nijedna tehnika krio konzervacije ne nudi 100% preživljavanje komponentnih stanica", kaže Taylor.
"To se u mnogim aplikacijama može tolerirati, ali za jedan organ to bi moglo značiti značajan stupanj ozljede popravljenog nakon skladištenja ili transplantacije."
Konačno, to znači da bez obzira koliko dobro čuvali uzorke, vjerojatno će biti lošije kvalitete u odnosu na novonabavljene organe.
Izvor:
Oznake:
Regeneracija Provjeri Lijekovi
U slučaju da vam treba novi bubreg, zamjensko srce ili neki drugi vitalni organ, nemate mnogo mogućnosti. To je zato što kada je riječ o zdravim ljudskim organima za transplantacije koje mogu spasiti živote, postoji velika provalija između ponude i potražnje.
U Sjedinjenim Američkim Državama transplantirano je 26.517 organa u 2013. godini, ali više od 120.000 pacijenata nalazi se na listi čekanja. Jednostavno rečeno, nema dovoljno donacija za sve.
Što je još gore, ponekad se raspoloživi organi izgube jer nemaju dulji rok trajanja jednom kad se uklone od davatelja.
Trenutačno je najbolje što ih držimo u posebnom rješenju nešto iznad 0 Celzijevih stupnjeva tijekom jednog ili dva dana, što ne ostavlja puno vremena za pronalaženje pacijenata koji su potpuno kompatibilni primatelji koji bi ih mogli primiti.
Ali postoji mogući odgovor. Ako bi znanstvenici mogli pronaći način da zamrznu organe i vrate ih bez oštećenja, možda bismo ih mogli zadržati tjednima ili mjesecima.
Isto bismo mogli učiniti s organima koji su projektirani u laboratoriju, ako ih budemo u stanju stvoriti. Imajući to u vidu, kliknite Organ Preservation Alliance, dobrotvorna organizacija pri Sveučilištu Singularity u NASA Research parku u Kaliforniji, planira stvoriti milionsku nagradu za one koji potiču napredak u tom pogledu.
Je li moguće krioprezervaciju?
Dakle, možemo li vidjeti vrijeme kada kirurzi za transplantaciju otvaraju zamrzivače i odabiru bubrege, jetru ili srce za obavljanje spasilačkih operacija?
Znanstvenici krioprezerviraju ili uspješno zamrzavaju male grupe ljudskih stanica već 40 godina.
Oni čuvaju ovule i embrije koji preplavljuju stanice otopinama takozvanih krioprotektantnih spojeva koji sprječavaju stvaranje ledenih kristala koji mogu uništiti stanice i štite ih od smrtonosnih kontrakcija.
Nažalost, susreću se s velikim preprekama kada pokušaju implementirati taj proces u većem obimu, budući da je arhitektura unutar najsloženijih organa i tkiva znatno osjetljivija na oštećenja povezana s kristalima leda.
Međutim, mala skupina istraživača nije odustala i priprema se za izazov, dijelom, slijedom tragova prirode.
Na primjer, ledena riba na Antarktici opstaje u vrlo hladnim vodama na -2 Celzijeva stupnja zahvaljujući proteinima protiv smrzavanja (AFP), koji smanjuju tačku smrzavanja njihovih tjelesnih tekućina i vežu se na Kristali leda kako bi zaustavili njegovo širenje.
Istraživači su koristili rješenja koja sadrže antarktičke ledene ribe za očuvanje srca štakora do 24 sata na nekoliko stupnjeva ispod nule.
Međutim, pri nižim temperaturama u AFP-u ove životinje javljaju se kontraproduktivni učinci: oni prisiljavaju na formiranje ledenih kristala da nastanu oštre točke koje probijaju stanične membrane.
Još jedan spoj protiv smrzavanja, nedavno otkriven u aljaškom bubu, koji može podnijeti -60 ° C, mogao bi biti korisniji.
Ali sami sastojci protiv smrzavanja neće raditi posao. To je zato što zamrzavanje također uništava stanice utječući na protok tekućine iz njih i izvan njih.
Led se formira u razmacima između stanica, smanjujući volumen tekućine i povećavajući koncentraciju otopljenih soli i drugih iona. Voda izlazi iz stanica prema van kako bi se nadoknadila, uzrokujući da se one umiru i umiru.
U ovulama i zamecima krioprotektivni spojevi poput glicerola vrlo su korisni: ne samo da istiskuju vodu da spriječe stvaranje leda unutar stanica, već također pomažu u sprječavanju kontrakcije i smrti stanica.
Problem je što ti spojevi ne mogu raditi s istom magijom u organima. S jedne strane, stanice tkiva su mnogo osjetljivije na prodor leda.
Čak i kad su stanice zaštićene, ledeni kristali koji se formiraju u razmacima između njih uništavaju izvanćelijske strukture koje drže organ zajedno i olakšavaju njegovu funkciju.
vitrifikacija
Jedan od načina prevladavanja opasnosti od zaleđivanja je sprečavanje da se to dogodi. Zato se neki znanstvenici zalažu za tehniku koja se naziva vitrifikacija, pri kojoj se tkiva toliko hlade da postaju staklo bez leda.
Metodu se već koriste u nekim klinikama za plodnost i donijela je neke od naj ohrabrujućih rezultata do sada u vezi očuvanja složenih tkiva.
Na primjer, 2000. godine, Mike Taylor i njegovi kolege iz Cell and Tissue Systems u Charlestonu u Južnoj Karolini vitrificirali su 5 cm dugačke segmente zečje vene koja se nalazi između stanica i organa u smislu složenost i pokazali su da zadržavaju većinu svoje funkcije nakon zagrijavanja.
Dvije godine kasnije, Greg Fahy i njegovi kolege iz Medicine 21. stoljeća, kalifornijska tvrtka za krioprezervaciju, napravili su proboj: vitrificirali su zečji bubreg držeći ga ispod temperature stakla - 122 stupnja Celzija 10 minuta, prije nego što ga je odmrznuo i presađivao na zeca koji je živio 48 dana prije nego što je zaklao da bi ga pregledao.
"To je bio prvi put da je vitalni organ s naknadnom životnom podrškom bio krioserviran i presađen", kaže Fahy. "Bio je to dokaz da je to realan prijedlog."
No bubreg nije djelovao dobro kao zdrava verzija, uglavnom zato što je određenom dijelu medule trebalo duže vrijeme da apsorbira otopinu krioprotektera, što je značilo da se na njoj stvorio neki led tijekom odmrzavanja.
"Iako smo bili u sjajnom raspoloženju, također smo znali da se moramo poboljšati", dodaje Fahy.
"To je najbliže što smo došli", kaže Taylor dodajući opreznu notu. "To je bilo prije više od 10 godina, a ako je tehnika bila dovoljno robusna, tada je trebalo postojati izvješća i daljnje studije koje potvrđuju nalaz, nešto što nije postojalo."
Napredak je dijelom spor, rekao je Fahy jer je prestao proizvoditi kemikaliju koja je bila ključni dio njegove metode. Međutim, njegova se skupina povratila i iskoračila: na godišnjem sastanku društva Cryobiology 2013. godine, Fahy je predstavio metodu koja omogućava da se kabel brže napuni krioprotektantima.
Unatoč Fahyevom optimizmu, jasno je da kad se radi o očuvanju velikih organa vitrifikacija predstavlja neke velike izazove. Za početak, potrebne su visoke koncentracije krioprotektansa (barem pet puta veće nego kod konvencionalnog sporog hlađenja) koje mogu otrovati stanice i tkiva koje bi trebale zaštititi.
Problem se pogoršava s većim tkivima jer je potrebno više vremena za učitavanje spojeva, što znači sporije vrijeme hlađenja i veće mogućnosti za toksično izlaganje. Pored toga, ako se hlađenje prebrzo postigne ili preniske temperature, mogu se pojaviti pukotine.
Ovaj izuzetno osjetljiv postupak grijanja predstavlja još prepreka. Ako se vitrificirani uzorak ne zagrijava brzo ili prilično jednoliko, staklast način daje kristalizaciju, može se dogoditi proces poznat kao devitrifikacija i, opet, pucanje.
(To) je izazov koji još nismo prevladali, "kaže John Bischof, kriobiolog i inženjer sa Sveučilišta u Minnesoti." Ograničavajući faktor je brzina i ujednačenost pomoću kojih ga možemo odmrzavati. "I to je zato što Zagrijavanje se obično vrši izvana prema unutra.
Prošle godine Bischof i student poslijediplomskog studija Michael Etheridge predložili su način za rješenje problema: dodavanje magnetskih nanočestica u otopinu krioprotektora.
Ideja je da se čestice rasuju kroz tkivo i kada ih jednom pobude magnetska polja, zagrijavaju sve brzo i ravnomjerno. Dvojac trenutno radi s Taylorom i njegovim kolegama na testiranju metode u arterijama kunića.
Led na djelu
U većini slučajeva, napredak na terenu došao je pokušajem i pogreškama: testiranje kombinacija otopina i metoda smrzavanja i odmrzavanja.
No, istraživači su također počeli koristiti nove tehnologije kako bi pobliže ispitali kako se led ponaša u stanicama i tkivima.
Ako se procesi detaljno razumiju, može se očekivati da se mogu osmisliti inovativne i učinkovitije metode za kontrolu nad njima.
U posljednjih 12 mjeseci došlo je do značajnog napretka u ovom području. Taylor, koja radi s Yoedom Rabinom, inženjerom strojarstva na Sveučilištu Carnegie Mellon u Pittsburghu, predstavila je novi uređaj koji omogućava vizualizaciju termičkih slika visoke razlučivosti toplinske slike na tkaninama velikog volumena.
U međuvremenu, Jens Karlsson sa Sveučilišta Villanova u Pennsylvaniji nedavno je snimio ultra-usporene mikroskopske video sekvence od trenutka kada led uđe u male džepove između dvije čvrsto vezane stanice i izazove kristalizaciju u njima.
Perspektiva ovih metoda mogla bi donijeti nove ideje o tome kako manipulirati postupkom zamrzavanja, kaže Karlsson, koji pokušava shvatiti kako krioprezervati tkiva pažljivim nadzorom procesa zamrzavanja i otapanja, a ne kroz vitrifikacije.
Jedna je mogućnost genetičko oblikovanje stanica koje se mogu uvjeriti da formiraju stanično-stanične spojeve koji su sposobni oduprijeti se krio-očuvanju. Sljedeći bi zadatak bio pronaći način za usmjeravanje stvaranja izvanstaničnog leda tako da to ne utječe na funkciju organa.
Karlsson je također voljan koristiti računalne simulacije postupka zamrzavanja kako bi učinkovito testirao milijune mogućih protokola.
"Potrebne su nam ove vrste alata za ubrzanje napretka", kaže Karlsson, koji zadatak uspoređuje s "pokušajem postizanja mjeseca do dijela sredstava namijenjenog tom naporu".
Čak i sa ograničenim resursima, područje je pokazalo da je krioprezervacija bez leda praktična za mala tkiva, poput segmenta krvnih žila. "Prepreka koja ostaje i koja je važna", kaže Taylor, "jest postavljanje ljestvice na ljudski organ."
Za Karlssona, koji sumnja da bi takvi napori "mogli naići na zid" prije nego što vitrifikacija ikad posluži ljudske organe, metode zamrzavanja (ili kako on naziva metode temeljene na ledu) predstavljaju jednak ili čak put Pouzdaniji prema uspjehu.
Ali postoji i posljednja ideja koju treba shvatiti ozbiljno. "Nijedna tehnika krio konzervacije ne nudi 100% preživljavanje komponentnih stanica", kaže Taylor.
"To se u mnogim aplikacijama može tolerirati, ali za jedan organ to bi moglo značiti značajan stupanj ozljede popravljenog nakon skladištenja ili transplantacije."
Konačno, to znači da bez obzira koliko dobro čuvali uzorke, vjerojatno će biti lošije kvalitete u odnosu na novonabavljene organe.
Izvor:
.jpg)
