Jos tarvitset uuden munuaisen, korvaavan sydämen tai muun elintärkeän elimen, sinulla ei ole monia vaihtoehtoja. Tämä johtuu siitä, että kun kyse on terveistä elinsiirtoelimistä, jotka voivat pelastaa ihmishenkiä, tarjonnan ja kysynnän välillä on valtava kuilu.
Yhdysvalloissa siirrettiin vuonna 2013 26 517 elintä, mutta yli 120 000 potilasta on odotuslistalla. Yksinkertaisesti sanottuna, kaikille ei ole riittävästi lahjoituksia.
Vielä pahempaa, joskus käytettävissä olevat elimet hukkaantuvat, koska heillä ei ole paljon säilyvyyttä, kun ne on poistettu luovuttajalta.
Paras mitä voimme tehdä, on pitää heidät erityisliuoksessa, joka on vähän yli 0 celsiusastetta yhden tai kahden päivän ajan, mikä ei vie paljon aikaa löytää potilaita, jotka ovat täysin yhteensopivia vastaanottajia vastaanottamaan heidät.
Mutta on olemassa mahdollinen vastaus. Jos tutkijat löytäisivät tavan jäädyttää elimet ja palauttaa ne takaisin vahingoittamatta, voisimme pitää niitä viikkojen tai kuukausien ajan.
Sama voitaisiin tehdä laboratoriossa suunniteltuihin elimiin, jos pystymme luomaan niitä. Tätä silmällä pitäen, napsauttamalla Organ Preservation Alliance, hyväntekeväisyysjärjestö, joka on sidoksissa Singularity Universityn laboratorioihin NASA: n tutkimuspuistossa Kaliforniassa, aikoo perustaa miljonääripalkinnon niille, jotka rohkaisevat etenemään tässä suhteessa.
Onko mahdollista kylmäsäilyttää?
Joten voisimmeko vilkaista hetken, jolloin elinsiirtokirurgit avaavat pakastimet ja valitsevat munuaiset, maksat tai sydämet suorittamaan hengenpelastustoimenpiteitä?
Tutkijat ovat säilyttäneet tai jäädyttäneet onnistuneesti pieniä ihmissolujen ryhmiä 40 vuoden ajan.
Ne säilyttävät soluihin tulvia munasoluja ja alkioita ns. Kryosuojaavien yhdisteiden liuoksilla, jotka estävät jääkiteiden muodostumisen, jotka voivat tuhota solut ja suojaavat niitä myös tappavalta supistumiselta.
Valitettavasti he kohtaavat suuria esteitä yrittäessään toteuttaa tätä prosessia laajemmassa mittakaavassa, koska monimutkaisimpien elinten ja kudosten arkkitehtuuri on paljon herkempi jääkiteiden aiheuttamille vaurioille.
Pieni ryhmä tutkijoita ei ole kuitenkaan luopunut ja valmistautuu haasteeseen osittain luonnon vihjeiden perusteella.
Esimerkiksi Antarktikan jääkalat selviävät hyvin kylmissä vesissä -2 celsiusasteessa antifriisiproteiinien (AFP) ansiosta, jotka vähentävät kehon nesteiden jäätymispistettä ja sitoutuvat Jääkiteet estääkseen sen leviämisen.
Tutkijat ovat käyttäneet Antarktisen jääkalan AFP: tä sisältäviä ratkaisuja rotan sydämen säilyttämiseksi jopa 24 tunnin ajan muutamassa asteessa alle nollan.
Alemmassa lämpötilassa tämän eläimen AFP: issä esiintyy kuitenkin haitallisia vaikutuksia: ne pakottavat jääkiteiden muodostumisen tuottamaan teräviä pisteitä, jotka lävistävät solumembraanit.
Toinen jäätymisenestoyhdiste, joka äskettäin löydettiin Alaskan kovakuoriaisesta ja joka kestää -60 ° C, saattaa olla hyödyllisempi.
Mutta pakkasnesteet eivät yksin aio tehdä työtä. Tämä johtuu siitä, että jäätyminen tuhoaa myös solut vaikuttamalla nesteiden virtaukseen niihin ja niistä ulos.
Jää muodostuu solujen väliseen tilaan, vähentäen nesteen määrää ja lisäämällä liuenneiden suolojen ja muiden ionien pitoisuutta. Vesi ryntää soluista ulospäin kompensoidakseen, aiheuttaen niiden kuivumisen ja kuoleman.
Munasoluissa ja alkioissa kryosuojaavat yhdisteet, kuten glyseroli, ovat erittäin hyödyllisiä: ne eivät vain syrjäytä vettä estämään jään muodostumista soluihin, mutta myös auttavat estämään solujen supistumista ja kuolemaa.
Ongelmana on, että nämä yhdisteet eivät voi toimia samalla taikuudella elimissä. Toisaalta kudossolut ovat paljon alttiimpia jään tunkeutumiselle.
Ja jopa kun solut ovat suojattuja, niiden välisiin tiloihin muodostuvat jääkiteet tuhoavat solunulkoiset rakenteet, jotka pitävät elintä yhdessä ja helpottavat sen toimintaa.
lasittamista
Yksi tapa välttää jäätymisen vaarat on estää sitä tapahtumasta. Siksi jotkut tutkijat ovat sitoutuneet lasittumiseen kutsuttuun tekniikkaan, jossa kudokset saavat niin kylmän, että niistä tulee jäättömiä lasia.
Menetelmää käytetään jo joissain hedelmällisyysklinikoissa, ja se on tuottanut joitain tähän mennessä rohkaisevimpia tuloksia kompleksisten kudosten säilyttämisessä.
Esimerkiksi vuonna 2000 Mike Taylor ja hänen kollegansa Cell and Tissue Systems -yrityksessä Charlestonissa, Etelä-Carolinassa, lasittuivat 5 cm pitkiä kanin suonen segmenttejä, jotka sijaitsevat solujen ja elinten välillä monimutkaisuus ja osoittivat, että ne säilyttävät suurimman osan toiminnastaan kuumentamisen jälkeen.
Kaksi vuotta myöhemmin Greg Fahy ja hänen kollegansa 21st-Century Medicine -yhtiössä, Kaliforniassa sijaitsevassa kylmäsäilytystutkimusyrityksessä, tekivät läpimurron: he lasistivat kanin munuaisen pitäen sen alle lasittumislämpötilan - 122 celsiusastetta 10 minuutin ajan ennen sulatusta ja siirtämistä kanille, joka asui 48 päivää ennen teurastusta sen tutkimiseksi.
"Se oli ensimmäinen kerta, kun elintärkeä elin ja sitä seuraava elämäntuki oli kylmäsäilytetty ja siirretty", Fahy sanoo. "Se oli todiste siitä, että se oli realistinen ehdotus."
Mutta munuainen ei toiminut yhtä hyvin kuin terveellinen versio, pääasiassa siksi, että tietyllä osalla, medulla, vietiin kauemmin kryosuojaavan liuoksen imeytymistä, mikä tarkoitti sitä, että siihen muodostui jäätä sulatuksen aikana.
"Vaikka olimme hyvällä tuulella, tiesimme myös, että meidän oli parannettava", Fahy lisää.
"Se on lähinnä mitä olemme tulleet", Taylor sanoo ja lisää varoituksen. "Se oli yli 10 vuotta sitten, ja jos tekniikka oli riittävän vankka, olisi pitänyt olla olemassa raportteja ja jatkotutkimuksia, jotka todistavat havainnon, jota ei ole vielä ollut olemassa."
Edistyminen on osittain ollut hidasta, sanoo Fahy, koska se lopetti kemikaalin tuotannon, joka oli keskeinen osa hänen menetelmäänsä. Ryhmänsä on kuitenkin palannut ja askel eteenpäin: Kryobiologiaseuran vuosikokouksessa vuonna 2013 Fahy esitteli menetelmän, jonka avulla johto voi latautua nopeammin kylmäsuoja-aineilla.
Fahyn optimismista huolimatta on selvää, että kun kyse on suurten elinten säilyttämisestä, lasitus aiheuttaa joitain valtavia haasteita. Aluksi tarvitaan korkeita kryoprotektanttipitoisuuksia (vähintään viisi kertaa suurempia kuin tavanomaisessa hitaassa jäähdytyksessä), jotka voivat myrkyttää solut ja kudokset, joiden niiden on tarkoitus suojata.
Ongelma pahenee suurempien kudosten kanssa, koska yhdisteiden lataamiseen tarvitaan enemmän aikaa, mikä tarkoittaa hitaampia jäähdytysaikoja ja enemmän mahdollisuuksia myrkylliselle altistumiselle. Lisäksi, jos jäähdytys on liian nopeaa tai saavuttaa liian matalat lämpötilat, voi esiintyä halkeamia.
Tämä erittäin herkkä lämmitysprosessi asettaa enemmän esteitä. Jos lasitettu näyte ei kuumene nopeasti tai melko tasaisesti, lasimaisuus antaa mahdollisuuden kiteytymiseen, purunpoistoon kutsuttu prosessi ja jälleen krakkaus voi tapahtua.
(Tämä) on haaste, jota emme ole vielä voittaneet ", sanoo kryobiologi ja Minnesotan yliopiston insinööri John Bischof." Rajoittava tekijä on nopeus ja yhdenmukaisuus, jolla voimme sulataa sen. "Ja se johtuu siitä, että Lämmitys tapahtuu yleensä ulkopuolelta sisälle.
Viime vuonna Bischof ja jatko-opiskelija Michael Etheridge ehdottivat tapaa ratkaista ongelma: lisätä magneettisia nanohiukkasia kryosuojaavaan ratkaisuun.
Ajatuksena on, että hiukkaset leviävät kudoksen läpi ja magneettikentien kiihottaessa kuumenevat kaiken nopeasti ja tasaisesti. Duo työskentelee parhaillaan Taylorin ja hänen kollegoidensa kanssa menetelmän testaamiseksi kanien valtimoissa.
Jää toiminnassa
Suurimmaksi osaksi alan edistysaskeleet ovat tulleet kokeilemalla ja erehdyksellä: testaamalla ratkaisuyhdistelmiä ja jäädyttämis- ja sulatusmenetelmiä.
Mutta tutkijat ovat myös alkaneet hyödyntää uutta tekniikkaa tutkiakseen lähemmin kuinka jää käyttäytyy soluissa ja kudoksissa.
Jos prosessit ymmärretään yksityiskohtaisesti, voidaan odottaa, että niiden hallitsemiseksi voidaan suunnitella innovatiivisia ja tehokkaampia menetelmiä.
Viimeisen 12 kuukauden aikana alalla on tapahtunut merkittävää edistystä. Pittsburghin Carnegie Mellon -yliopiston mekaanisen insinöörin Yoed Rabinin kanssa työskentelevä Taylor esitteli uuden laitteen, joka mahdollistaa korkearesoluutioisten värillisten lämpökuvien visualisoinnin suurikokoisilla kankaista.
Sillä välin Jens Karlsson Pennsylvanian Villanovan yliopistosta on äskettäin kuvannut hitaasti liikkuvia mikroskooppisia videosekvenssejä siitä hetkestä lähtien, kun jää tulee pieniin taskuihin kahden tiukasti sitoutuneen solun välillä ja aiheuttaa sitten kiteytymisen niiden sisällä.
Näiden menetelmien näkökulmat voisivat tuoda uusia ideoita jäädyttämisprosessin manipuloimiseksi, sanoo Karlsson, joka yrittää selvittää, kuinka kylmäsäilyttää kudoksia huolellisesti hallitsemalla jäädyttämis- ja sulatusprosessia eikä pikemminkin lasituksesta.
Yksi mahdollisuus on suunnitella geneettisesti solut, jotka voidaan vakuuttaa muodostamaan solu-solu-liitokset, jotka kykenevät vastustamaan kylmäsäilytystä. Seuraava tehtävä olisi löytää tapa ohjata solunulkoisen jään muodostumista siten, että se ei vaikuta elimen toimintaan.
Karlsson on myös valmis käyttämään jäädyttämisprosessin tietokonesimulaatioita miljoonien mahdollisten protokollien tehokkaaseen testaamiseen.
"Tarvitsemme tämäntyyppisiä työkaluja etenemisen nopeuttamiseksi", sanoo Karlsson, joka vertaa tehtävää "yrittämiseen päästä kuuhun murto-osaan kyseiseen pyrkimykseen osoitetuista varoista".
Jopa rajallisilla resursseilla alue on osoittanut, että jäättömä kylmäsäilyttäminen on käytännöllistä pienille kudoksille, kuten verisuonisegmentille. "Este, joka on jäljellä ja joka on tärkeä", Taylor sanoo, "on mitoittaa se ihmisen elimelle."
Karlssonille, joka epäilee, että tällaiset pyrkimykset "voivat murtautua muuriin" ennen kuin lasitus koskaan palvelee ihmisen elimiä, jäätymismenetelmät (tai mitä hän kutsuu jääperusteisiksi menetelmiksi) edustavat yhtä tai jopa tietä Luotettavampi menestykseen.
Mutta on yksi viimeinen käsitys, joka on otettava vakavasti. "Mikään kylmäsäilytystekniikka ei tarjoa komponenttisolujen 100-prosenttista selviytymistä", Taylor sanoo.
"Monissa sovelluksissa tämä voidaan sietää, mutta yhdelle elimelle tämä voi tarkoittaa huomattavaa vahinkoa korjaamiseksi varastoinnin tai elinsiirron jälkeen."
Viime kädessä se tarkoittaa, että riippumatta siitä, kuinka hyvin kylmäsäilytetyt näytteet ovat, ne ovat todennäköisesti huonompilaatuisia verrattuna vasta hankittuihin elimiin.
Lähde: www.DiarioSalud.net
