Nowa technika chłodzenia organów - przyszłość transplantologii
Badacze z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley z powodzeniem przywrócili do życia i funkcjonowania tkankę pochodzącą z ludzkiego serca, która przez trzy dni była utrzymywana w stanie przechłodzenia, kiedy to substancje ciekłe pozostają płynne, mimo że są schłodzone poniżej temperatury krzepnięcia. To niezwykle ważne odkrycie dla transplantologii.
Grupa badaczy reprezentujących inżynierię biomedyczną, pracujących na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley dokonała odkrycia, które może być przełomowe dla transplantologii, a konkretnie dla zachowania narządów zdatnych do przeszczepu. Posługując się opracowaną techniką zwaną przechłodzeniem izochorycznym, naukowcy z UC Berkeley byli w stanie schłodzić tkankę pochodzącą z ludzkiego serca do temperatury poniżej zera i zapobiec przy tym tworzeniu się w niej kryształków lodu, które przy zwykłym zamrażaniu powodują uszkodzenia mikrokomórek mięśnia sercowego. W ten sposób naukowcy otworzyli świat zupełnie nowych możliwości przed techniką ratowania ludzkiego życia za pomocą przeszczepów.
Tkanka mięśnia sercowego była przechowywana w specjalnie zaprojektowanej „sztywnej komorze izochorycznej” przez okres do trzech dni, po czym była dokładnie badana. Naukowcy sprawdzali, że tkanka zachowała integralność strukturalną, czyli czy jej budowa pozostała niezmienna, a tym samym sprawna w realizacji swoich funkcji i niepodatna na szybkie „zużycie”. Sprawdzono też, czy zachowała normalne funkcje, takie jak bicie i reagowanie na zewnętrzne bodźce elektryczne czy też na leki.
Wyniki badań opublikowano w prestiżowym czasopiśmie „Communications Biology”. Opisano tam dokładną metodę postępowania i zastosowane narzędzia. W artykule badacze odnoszą się do koncepcji kriokonserwacji tkanek (ang. tissue cryopreservation), która jest podstawą teoretyczną opracowanej techniki. Jak dotąd technika ta – należąca do tak zwanej kriobiologii – stosowana była przede wszystkim przy zamrażaniu nasienia – zarówno w bankach ludzkiej spermy, jak i przy inseminacji bydła hodowlanego. Próby przechładzania bardziej złożonych tkanek były jak dotąd podejmowane bez powodzenia.
Ojcem tego sukcesu jest profesor Boris Robinsky, wykładowcy i badacza na Wydziale Inżynierii Mechanicznej (Department of Mechanical Engineering) Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley.
– Wedle naszej wiedzy jest to pierwszy w historii raport o przechłodzeniu i ożywieniu autonomicznie bijącego, zmodyfikowanego ludzkiego mięśnia sercowego – wyjaśniał w wywiadzie dla „MedicalXpress” Matt Powell-Palm, współautor badania i doktorant z UC Berkeley.
Naukowcy podkreślają, że ich sukces w utrzymaniu przy życiu kluczowej tkanki serca może stać się realną metodą konserwacji i transportu ważnych narządów. Chociaż współczesna służba zdrowia traktuje przeszczepiane tkanki priorytetowo, to nadal jest to wielkie wyzwanie – niestety – pełne niepowodzeń. Nawet w USA, pomimo sprawnego systemu zarządzania i zaawansowaną techniką szacuje się, że co siódme serce przeznaczone do przeszczepu musi zostać odrzucone jeszcze przed rozpoczęciem operacji z powodu niemożności zachowania go w dobrym stanie. Od momentu pobrania organu od dawcy serce musi być przeszczepione w ciągu zaledwie kilku godzin, żeby nadal było zdolne do dalszej pracy. Jeżeli coś to opóźni, bo na przykład biorca jest zbyt daleko, najprawdopodobniej organ będzie skazany na straty.
Serca, podobnie jak inne narządy, ale nawet bardziej, ze względu na swoją delikatną strukturę, nie mogą być po prostu zamrażane. Proces zamrażania polega bowiem na krystalizacji, a ciecze będące częścią narządu, kiedy zamieniają się w kryształki, najprawdopodobniej uszkodzą mikrokomórki w tkance. W przypadku chłodzenia izochorycznego, próbka jest szczelnie zamykana w sztywnym pojemniku pozbawionym powietrza i umieszczana w cieczy. Zapobiega to tworzeniu się kryształków lodu uszkadzających komórki, nawet w ekstremalnie niskich temperaturach.
Czekamy zatem z niecierpliwością na zastosowanie techniki przechłodzienia izochorycznego w praktyce medycznej.
Badania źródłowe:
Powell-Palm, M.J., Charwat, V., Charrez, B. et al. Isochoric supercooled preservation and revival of human cardiac microtissues. Commun Biol 4, 1118 (2021). https://doi.org/10.1038/s42003-021-02650-9
Opracowano na podstawie:
Doniesienia opublikowanego w serwisie „MedicalXpress” – Sarah Yang: Supercooling advances human tissue preservation.
artykułu - Anna Niwińska: Przegląd metod kriokonserwacji pod kątem techniki witryfikacyjnej. "Życie weterynaryjne" 2016, 91(7).
