Вторник, 22 април 2014 г. - Представете си, че лекарите могат да отворят фризери и да изберат бъбреци, черен дроб или сърце, които да използват при животоспасяващи операции. Следващото обяснява защо това е толкова трудно постижимо.
В случай, че имате нужда от нов бъбрек, заместващо сърце или друг жизненоважен орган, нямате много възможности. Това е така, защото когато става дума за здрави човешки органи за трансплантации, които могат да спасят живота, има огромен пропаст между търсенето и предлагането.
В Съединените щати са трансплантирани 26 517 органи през 2013 г., но над 120 000 пациенти са в списъка на чакащите. Най-просто казано, няма достатъчно дарения за всички.
Още по-лошото е, че понякога органите, които са на разположение, се губят, тъй като нямат много срок на годност, след като бъдат извадени от донора.
В момента най-доброто, което можем да направим, е да ги държим в специално решение малко над 0 градуса по Целзий за един или два дни, което не позволява много време да се намерят пациенти, които са напълно съвместими получатели, които да ги получават.
Но има възможен отговор. Ако учените успеят да намерят начин да замразят органите и да ги върнат обратно, без да причинят щети, евентуално бихме могли да ги задържим седмици или месеци.
Същото би могло да се направи и с органите, проектирани в лабораторията, ако успеем да ги създадем. Имайки това предвид, Алиансът за опазване на органични кликове, благотворителна организация, присъединена към лабораториите на университета по сингулярност в изследователския парк на НАСА в Калифорния, планира да създаде милионерска награда за онези, които насърчават напредъка в това отношение.
Така че, можем ли да видим време, когато хирурзите по трансплантация отварят фризери и подбират бъбреци, черен дроб или сърце, за да извършват животоспасяващи операции?
Учените криоконсервират или успешно замразяват малки групи човешки клетки в продължение на 40 години.
Те консервират овули и ембриони, заливащи клетките с разтвори на така наречените криопротекторни съединения, които предотвратяват образуването на ледени кристали, които могат да унищожат клетките, а също така ги предпазват от смъртоносно свиване.
За съжаление, те срещат големи препятствия, когато се опитват да приложат този процес в по-голям мащаб, тъй като архитектурата в най-сложните органи и тъкани е много по-уязвима от повреди, свързани с ледени кристали.
Въпреки това, малка група изследователи не са се отказали и се подготвят за предизвикателството, отчасти, следвайки уликите на природата.
Например ледената риба в Антарктида оцелява в много студени води при -2 градуса по Целзий благодарение на протеините против замръзване (AFP), които намаляват точката на замръзване на телесните им течности и се свързват с Ледени кристали, за да спре разпространението му.
Изследователите са използвали разтвори, съдържащи Антарктически ледени риби AFP, за да запазят сърцата на плъхове за период до 24 часа при няколко градуса под нулата.
Въпреки това, при по-ниска температура се наблюдават контрапродуктивни ефекти в AFPs на това животно: те принуждават образуването на ледени кристали да произвеждат остри точки, които пробиват клетъчните мембрани.
Друго съединение против замръзване, открито наскоро в аляскински бръмбар, което може да понася -60 ° С, може да бъде по-полезно.
Само съставките на антифриз обаче няма да свършат работа. Това е така, защото замразяването също унищожава клетките, като влияе на потока на течности във и извън тях.
Ледът се образува в пространствата между клетките, намалявайки обема на течността и увеличавайки концентрацията на разтворени соли и други йони. Водата се втурва от клетките навън, за да компенсира, причинявайки им увяхване и умиране.
При овули и ембриони криопротективните съединения като глицерол са много полезни: те не само изместват водата, за да предотвратят образуването на лед в клетките, но и спомагат за предотвратяване на свиването и смъртта на клетките.
Проблемът е, че тези съединения не могат да работят със същата магия в органите. От една страна, тъканните клетки са много по-податливи на проникване в лед.
И дори когато клетките са защитени, ледените кристали, които се образуват в пространствата между тях, унищожават извънклетъчните структури, които държат органа заедно и улесняват неговата функция.
Един от начините за преодоляване на опасностите от обледеняване е предотвратяването му да се случи. Ето защо някои учени се отдават на техника, наречена витрификация, при която тъканите стават толкова студени, че се превръщат в чаша без лед.
Методът вече се използва от някои клиники за плодовитост и даде някои от най-обнадеждаващите резултати до момента по отношение на запазването на сложни тъкани.
През 2000 г., например, Майк Тейлър и неговите колеги от клетъчните и тъканните системи в Чарлстън, Южна Каролина, втвърдяват 5 см дълги сегменти от заешката вена, която се намира между клетките и органите по отношение на сложност и показа, че те запазват по-голямата част от функцията си след нагряване.
Две години по-късно Грег Фахи и колегите му от 21st-Century Medicine, базирана в Калифорния компания за криоконсервация, направиха пробив: те витрифицираха бъбрек на заек, поддържайки го под температурата на стъкловиден преход - 122 градуса по Целзий за 10 минути, преди да го размразявате и трансплантирате на заек, който е живял 48 дни, преди да бъде заклан, за да го изследва.
„За първи път жизненоважен орган с последваща жизнена поддръжка беше криоконсервиран и трансплантиран“, казва Фахи. "Това беше доказателство, че това е реалистично предложение."
Но бъбрекът не работеше толкова добре, колкото здравословна версия, най-вече защото определена част, медулата, отне повече време, за да абсорбира разтвора на криопротекторите, което означаваше, че върху него по време на размразяването се образува някакъв лед.
"Въпреки че бяхме в отличен дух, ние също знаехме, че трябва да се подобрим", добавя Фахи.
„Това е най-близкото, до което сме стигнали“, казва Тейлър и добавя предупредителна бележка. "Това беше преди повече от 10 години и ако техниката беше достатъчно здрава, тогава трябваше да има доклади и последващи проучвания, удостоверяващи откритието, нещо, което не съществуваше."
Прогресът е бавен, отчасти, казва Фахи, защото той спря производството на химикал, който беше ключова част от неговия метод. Въпреки това групата му се възстанови и пристъпи напред: на годишната среща на дружеството за криобиология през 2013 г. Фахи представи метод, който позволява на шнура да се зарежда по-бързо с криопротектори.
Въпреки оптимизма на Фахи е ясно, че що се отнася до запазването на големи органи, витрификацията представлява някои сериозни предизвикателства. Като начало са необходими високи концентрации на криопротектори (поне пет пъти по-големи, отколкото при конвенционалното бавно охлаждане), които могат да отровят клетките и тъканите, които те трябва да защитават.
Проблемът се изостря при по-големи тъкани, тъй като е необходимо повече време за зареждане на съединенията, което означава по-бавно време за охлаждане и повече възможности за токсично излагане. Освен това, ако охлаждането е твърде бързо или достигне твърде ниски температури, могат да се появят пукнатини.
Този изключително деликатен процес на нагряване представлява още препятствия. Ако стъкловидният образец не се нагрява бързо или сравнително равномерно, стъклеността отстъпва на кристализацията, може да се получи процес, известен като девитрификация и отново напукване.
(Това) е предизвикателство, което все още не сме преодолели ", казва Джон Бишоф, криобиолог и инженер от университета в Минесота." Ограничаващият фактор е бързината и еднообразието, с които можем да го размразяваме. "И това е така, защото Загряването обикновено се извършва отвън навътре.
Миналата година Бишоф и абитуриентът Майкъл Етеридж предложиха начин за решаване на проблема: добавете магнитни наночастици към разтвора на криопротектора.
Идеята е частиците да се разпръснат през тъканта и веднъж възбудени от магнитните полета, загряват всичко бързо и равномерно. В момента дуетът работи с Тейлър и колегите му, за да тестват метода в артериите на зайци.
В по-голямата си част напредъкът в тази област е постигнат чрез опити и грешки: тестване на комбинации от разтвори и методи за замразяване и размразяване.
Но изследователите също започнаха да се възползват от новите технологии, за да проучат по-отблизо как ледът се държи в клетките и тъканите.
Ако процесите са разбрани подробно, може да се очаква, че иновативните и по-ефективни методи могат да бъдат създадени за контрол върху тях.
През последните 12 месеца има значителен напредък в тази област. Тейлър, който работи с Йод Рабин, инженер-механик в университета Карнеги Мелън в Питсбърг, представи ново устройство, което позволява визуализация на пълноцветни термични изображения с висока разделителна способност върху тъкани с голям обем.
Междувременно Йенс Карлсон от университета Виланова в Пенсилвания наскоро е заснел ултра бавни микроскопични видеопоредици от момента, в който ледът навлиза в малки джобове между две плътно свързани клетки и след това предизвиква кристализация в тях.
Перспективите на тези методи биха могли да донесат нови идеи как да се манипулира процеса на замразяване, казва Карлсон, който се опитва да измисли как да криоконсервират тъканите чрез внимателен контрол на процеса на замразяване и размразяване, а не чрез на витрификация.
Една от възможностите е генетично да се проектират клетки, които могат да бъдат убедени да образуват клетъчно-клетъчни кръстовища, които са способни да устоят на криоконсервацията. Следващата задача би била да се намери начин да се насочи образуването на извънклетъчен лед, така че да не влияе върху функцията на орган.
Карлсон също е готов да използва компютърни симулации на процеса на замразяване, за да тества ефективно милиони възможни протоколи.
„Имаме нужда от тези видове инструменти, за да ускорим напредъка“, казва Карлсон, който сравнява задачата с „опитите да достигнем Луната с част от средствата, отделени за тези усилия“.
Дори и с ограничени ресурси, районът показа, че криоконсервацията без лед е практична за малки тъкани, като сегмент от кръвоносни съдове. „Бариерата, която остава и която е важна - казва Тейлър, - е да я мащабираме до човешки орган“.
За Карлсон, който подозира, че подобни усилия "могат да се натъкнат на стена", преди витрификацията някога да служи на човешките органи, методите за замразяване (или това, което той нарича методи, базирани на лед) представляват равен или дори път По-надежден към успеха.
Но има една последна представа, която трябва да се вземе на сериозно. "Никоя криоконсервационна техника не предлага 100% оцеляване на компонентите на клетките", казва Тейлър.
"В много приложения това може да се толерира, но за един орган това може да означава значителна степен на нараняване след ремонт или съхранение."
В крайна сметка това означава, че колкото и да са криоконсервирани екземплярите, те вероятно са с по-ниско качество в сравнение с новопридобитите органи.
Източник:
Тагове:
Разгледайте Лекарства Различно
В случай, че имате нужда от нов бъбрек, заместващо сърце или друг жизненоважен орган, нямате много възможности. Това е така, защото когато става дума за здрави човешки органи за трансплантации, които могат да спасят живота, има огромен пропаст между търсенето и предлагането.
В Съединените щати са трансплантирани 26 517 органи през 2013 г., но над 120 000 пациенти са в списъка на чакащите. Най-просто казано, няма достатъчно дарения за всички.
Още по-лошото е, че понякога органите, които са на разположение, се губят, тъй като нямат много срок на годност, след като бъдат извадени от донора.
В момента най-доброто, което можем да направим, е да ги държим в специално решение малко над 0 градуса по Целзий за един или два дни, което не позволява много време да се намерят пациенти, които са напълно съвместими получатели, които да ги получават.
Но има възможен отговор. Ако учените успеят да намерят начин да замразят органите и да ги върнат обратно, без да причинят щети, евентуално бихме могли да ги задържим седмици или месеци.
Същото би могло да се направи и с органите, проектирани в лабораторията, ако успеем да ги създадем. Имайки това предвид, Алиансът за опазване на органични кликове, благотворителна организация, присъединена към лабораториите на университета по сингулярност в изследователския парк на НАСА в Калифорния, планира да създаде милионерска награда за онези, които насърчават напредъка в това отношение.
Възможно ли е криоконсервиране?
Така че, можем ли да видим време, когато хирурзите по трансплантация отварят фризери и подбират бъбреци, черен дроб или сърце, за да извършват животоспасяващи операции?
Учените криоконсервират или успешно замразяват малки групи човешки клетки в продължение на 40 години.
Те консервират овули и ембриони, заливащи клетките с разтвори на така наречените криопротекторни съединения, които предотвратяват образуването на ледени кристали, които могат да унищожат клетките, а също така ги предпазват от смъртоносно свиване.
За съжаление, те срещат големи препятствия, когато се опитват да приложат този процес в по-голям мащаб, тъй като архитектурата в най-сложните органи и тъкани е много по-уязвима от повреди, свързани с ледени кристали.
Въпреки това, малка група изследователи не са се отказали и се подготвят за предизвикателството, отчасти, следвайки уликите на природата.
Например ледената риба в Антарктида оцелява в много студени води при -2 градуса по Целзий благодарение на протеините против замръзване (AFP), които намаляват точката на замръзване на телесните им течности и се свързват с Ледени кристали, за да спре разпространението му.
Изследователите са използвали разтвори, съдържащи Антарктически ледени риби AFP, за да запазят сърцата на плъхове за период до 24 часа при няколко градуса под нулата.
Въпреки това, при по-ниска температура се наблюдават контрапродуктивни ефекти в AFPs на това животно: те принуждават образуването на ледени кристали да произвеждат остри точки, които пробиват клетъчните мембрани.
Друго съединение против замръзване, открито наскоро в аляскински бръмбар, което може да понася -60 ° С, може да бъде по-полезно.
Само съставките на антифриз обаче няма да свършат работа. Това е така, защото замразяването също унищожава клетките, като влияе на потока на течности във и извън тях.
Ледът се образува в пространствата между клетките, намалявайки обема на течността и увеличавайки концентрацията на разтворени соли и други йони. Водата се втурва от клетките навън, за да компенсира, причинявайки им увяхване и умиране.
При овули и ембриони криопротективните съединения като глицерол са много полезни: те не само изместват водата, за да предотвратят образуването на лед в клетките, но и спомагат за предотвратяване на свиването и смъртта на клетките.
Проблемът е, че тези съединения не могат да работят със същата магия в органите. От една страна, тъканните клетки са много по-податливи на проникване в лед.
И дори когато клетките са защитени, ледените кристали, които се образуват в пространствата между тях, унищожават извънклетъчните структури, които държат органа заедно и улесняват неговата функция.
превръщане в стъкло
Един от начините за преодоляване на опасностите от обледеняване е предотвратяването му да се случи. Ето защо някои учени се отдават на техника, наречена витрификация, при която тъканите стават толкова студени, че се превръщат в чаша без лед.
Методът вече се използва от някои клиники за плодовитост и даде някои от най-обнадеждаващите резултати до момента по отношение на запазването на сложни тъкани.
През 2000 г., например, Майк Тейлър и неговите колеги от клетъчните и тъканните системи в Чарлстън, Южна Каролина, втвърдяват 5 см дълги сегменти от заешката вена, която се намира между клетките и органите по отношение на сложност и показа, че те запазват по-голямата част от функцията си след нагряване.
Две години по-късно Грег Фахи и колегите му от 21st-Century Medicine, базирана в Калифорния компания за криоконсервация, направиха пробив: те витрифицираха бъбрек на заек, поддържайки го под температурата на стъкловиден преход - 122 градуса по Целзий за 10 минути, преди да го размразявате и трансплантирате на заек, който е живял 48 дни, преди да бъде заклан, за да го изследва.
„За първи път жизненоважен орган с последваща жизнена поддръжка беше криоконсервиран и трансплантиран“, казва Фахи. "Това беше доказателство, че това е реалистично предложение."
Но бъбрекът не работеше толкова добре, колкото здравословна версия, най-вече защото определена част, медулата, отне повече време, за да абсорбира разтвора на криопротекторите, което означаваше, че върху него по време на размразяването се образува някакъв лед.
"Въпреки че бяхме в отличен дух, ние също знаехме, че трябва да се подобрим", добавя Фахи.
„Това е най-близкото, до което сме стигнали“, казва Тейлър и добавя предупредителна бележка. "Това беше преди повече от 10 години и ако техниката беше достатъчно здрава, тогава трябваше да има доклади и последващи проучвания, удостоверяващи откритието, нещо, което не съществуваше."
Прогресът е бавен, отчасти, казва Фахи, защото той спря производството на химикал, който беше ключова част от неговия метод. Въпреки това групата му се възстанови и пристъпи напред: на годишната среща на дружеството за криобиология през 2013 г. Фахи представи метод, който позволява на шнура да се зарежда по-бързо с криопротектори.
Въпреки оптимизма на Фахи е ясно, че що се отнася до запазването на големи органи, витрификацията представлява някои сериозни предизвикателства. Като начало са необходими високи концентрации на криопротектори (поне пет пъти по-големи, отколкото при конвенционалното бавно охлаждане), които могат да отровят клетките и тъканите, които те трябва да защитават.
Проблемът се изостря при по-големи тъкани, тъй като е необходимо повече време за зареждане на съединенията, което означава по-бавно време за охлаждане и повече възможности за токсично излагане. Освен това, ако охлаждането е твърде бързо или достигне твърде ниски температури, могат да се появят пукнатини.
Този изключително деликатен процес на нагряване представлява още препятствия. Ако стъкловидният образец не се нагрява бързо или сравнително равномерно, стъклеността отстъпва на кристализацията, може да се получи процес, известен като девитрификация и отново напукване.
(Това) е предизвикателство, което все още не сме преодолели ", казва Джон Бишоф, криобиолог и инженер от университета в Минесота." Ограничаващият фактор е бързината и еднообразието, с които можем да го размразяваме. "И това е така, защото Загряването обикновено се извършва отвън навътре.
Миналата година Бишоф и абитуриентът Майкъл Етеридж предложиха начин за решаване на проблема: добавете магнитни наночастици към разтвора на криопротектора.
Идеята е частиците да се разпръснат през тъканта и веднъж възбудени от магнитните полета, загряват всичко бързо и равномерно. В момента дуетът работи с Тейлър и колегите му, за да тестват метода в артериите на зайци.
Лед в действие
В по-голямата си част напредъкът в тази област е постигнат чрез опити и грешки: тестване на комбинации от разтвори и методи за замразяване и размразяване.
Но изследователите също започнаха да се възползват от новите технологии, за да проучат по-отблизо как ледът се държи в клетките и тъканите.
Ако процесите са разбрани подробно, може да се очаква, че иновативните и по-ефективни методи могат да бъдат създадени за контрол върху тях.
През последните 12 месеца има значителен напредък в тази област. Тейлър, който работи с Йод Рабин, инженер-механик в университета Карнеги Мелън в Питсбърг, представи ново устройство, което позволява визуализация на пълноцветни термични изображения с висока разделителна способност върху тъкани с голям обем.
Междувременно Йенс Карлсон от университета Виланова в Пенсилвания наскоро е заснел ултра бавни микроскопични видеопоредици от момента, в който ледът навлиза в малки джобове между две плътно свързани клетки и след това предизвиква кристализация в тях.
Перспективите на тези методи биха могли да донесат нови идеи как да се манипулира процеса на замразяване, казва Карлсон, който се опитва да измисли как да криоконсервират тъканите чрез внимателен контрол на процеса на замразяване и размразяване, а не чрез на витрификация.
Една от възможностите е генетично да се проектират клетки, които могат да бъдат убедени да образуват клетъчно-клетъчни кръстовища, които са способни да устоят на криоконсервацията. Следващата задача би била да се намери начин да се насочи образуването на извънклетъчен лед, така че да не влияе върху функцията на орган.
Карлсон също е готов да използва компютърни симулации на процеса на замразяване, за да тества ефективно милиони възможни протоколи.
„Имаме нужда от тези видове инструменти, за да ускорим напредъка“, казва Карлсон, който сравнява задачата с „опитите да достигнем Луната с част от средствата, отделени за тези усилия“.
Дори и с ограничени ресурси, районът показа, че криоконсервацията без лед е практична за малки тъкани, като сегмент от кръвоносни съдове. „Бариерата, която остава и която е важна - казва Тейлър, - е да я мащабираме до човешки орган“.
За Карлсон, който подозира, че подобни усилия "могат да се натъкнат на стена", преди витрификацията някога да служи на човешките органи, методите за замразяване (или това, което той нарича методи, базирани на лед) представляват равен или дори път По-надежден към успеха.
Но има една последна представа, която трябва да се вземе на сериозно. "Никоя криоконсервационна техника не предлага 100% оцеляване на компонентите на клетките", казва Тейлър.
"В много приложения това може да се толерира, но за един орган това може да означава значителна степен на нараняване след ремонт или съхранение."
В крайна сметка това означава, че колкото и да са криоконсервирани екземплярите, те вероятно са с по-ниско качество в сравнение с новопридобитите органи.
Източник:
