Każdego dnia ludzie umierają czekając na przeszczep narządu. Czas jest na wagę złota, nie tylko dla tych, którzy czekają na narządy, ale także dla samych narządów, które mogą szybko ulec pogorszeniu podczas transportu. Naukowcy, którzy chcą wydłużyć żywotność ludzkich tkanek, donoszą w ACS Nano Litery ich wysiłki, aby ułatwić całkowite zamrożenie, zamiast schładzania i rozmrażania, potencjalnie ratujących życie organów. Demonstrują skuteczne ponowne rozgrzanie tkanek zwierzęcych przez magnetyczne nanocząstki.
Według Organ Procurement and Transplantation Network od sierpnia 2024 r. na krajowej liście oczekujących na przeszczep w USA znajduje się ponad 114 000 osób, a około 6000 rocznie umiera przed otrzymaniem przeszczepu. Jednym z powodów jest utrata narządów w chłodni podczas transportu, gdy opóźnienia powodują ich przedwczesne ogrzanie. Opracowano metody szybkiego zamrażania narządów w celu dłuższego przechowywania bez ryzyka uszkodzenia przez tworzenie się kryształków lodu, ale kryształki lodu mogą również tworzyć się podczas ogrzewania. Aby rozwiązać ten problem, Yadong Yin i współpracownicy opracowali technikę znaną jako nanoogrzewanie, której pionierem był współpracownik John Bischof, polegającą na wykorzystaniu magnetycznych nanocząstek i pól magnetycznych do szybkiego, równomiernego i bezpiecznego rozmrażania zamrożonych tkanek.
Niedawno Yin i zespół opracowali magnetyczne nanocząsteczki – w praktyce niezwykle małe magnesy sztabkowe – które po wystawieniu na działanie zmiennych pól magnetycznych wytwarzały ciepło. A ciepło to szybko rozmrażało tkanki zwierzęce przechowywane w temperaturze -238 stopni Fahrenheita (-150 stopni Celsjusza) w roztworze nanocząsteczek i środka krioochronnego. Naukowcy obawiali się jednak, że nierównomierne rozmieszczenie nanocząsteczek w tkankach może wywołać przegrzanie w miejscu gromadzenia się cząstek, co może prowadzić do uszkodzenia tkanek i toksyczności środka krioochronnego w podwyższonych temperaturach.
Aby zmniejszyć te ryzyka, naukowcy kontynuowali swoje badania, pracując nad dwuetapowym podejściem, które dokładniej kontroluje tempo nanowrzenia. Opisują ten proces w nowym Nano Litery badanie:
- Wyhodowane komórki lub tkanki zwierzęce zanurzano w roztworze zawierającym magnetyczne nanocząstki i substancję krioochronną, a następnie zamrażano ciekłym azotem.
- W pierwszej fazie rozmrażania, podobnie jak poprzednio, zmienne pole magnetyczne inicjowało szybkie podgrzewanie tkanek zwierzęcych.
- Gdy próbki osiągnęły temperaturę topnienia środka krioochronnego, naukowcy zastosowali poziome statyczne pole magnetyczne.
- Drugie pole zmieniło układ nanocząsteczek, skutecznie hamując produkcję ciepła.
Ogrzewanie zwalniało najszybciej w obszarach z większą liczbą nanocząsteczek, co osłabiło obawy dotyczące problematycznych punktów zapalnych. Stosując tę metodę do hodowanych ludzkich fibroblastów skóry i do tętnic szyjnych świńskich, naukowcy zauważyli, że żywotność komórek pozostała wysoka po ponownym ogrzaniu w ciągu kilku minut, co sugeruje, że rozmrażanie było zarówno szybkie, jak i bezpieczne. Możliwość precyzyjnej kontroli ponownego ogrzania tkanek przybliża nas o krok do długoterminowej kriokonserwacji narządów i nadziei na więcej ratujących życie przeszczepów dla pacjentów, twierdzą naukowcy.
Autorzy potwierdzają dofinansowanie ze strony amerykańskiej National Science Foundation.
