快速無損解凍,20年前被冷凍的人們即將醒來

快速無損解凍,20年前被冷凍的人們即將醒來

2017-03-11 10:25:04  蝌蚪五線譜
本文作者:晴空飛燕

發表時間:2017-03-11 10:25:04作者:晴空飛燕來源:蝌蚪五線譜字體大小:A+  A-

 

圖片來源:Elena Pavlovich

  科學家研發出了一種新技術,使得他們在不破壞組織的情況下,快速解凍冷凍的人體組織和豬組織的樣本——這項研發能夠幫助人們擺脫等待器官移植的煩惱。

  低溫儲藏能夠使組織在液氮溫度下進行長時間儲存以及無損恢復。并且,這是幾十年來科學家一直希望在大型組織樣本和器官上實現的夢想。

  如果能實現這樣的夢想,這將不僅是科幻小說中的長壽之術在現實中的應用,還會更可行,因為這項技術使醫院能夠安全地將器官進行長期保存。

  現在,在美國平均每天有22個人在等待器官移植的過程中去世。最大的挑戰之一并不是器官的短缺——問題的癥結在于,器官只能在冰袋中保存幾個小時,否則就會產生不可逆轉的損壞。

  這意味著,盡管捐贈的器官數量足夠,人們還是面臨著巨大的后續問題——人們很難找到與器官匹配的受體,也很難將器官快速送到他們身邊。

  據估計,每年人們扔掉了超過60%的為移植而捐獻的肺臟和心臟,因為肺臟和心臟在冰袋中的保存時間不超過四個小時,這樣一來,我們就很難及時將器官移植到病人體內。

  “只要有一半的被拋棄的器官能夠得以有效移植,那么等待器官移植的名單會在兩到三年之內消失。” 來自明尼蘇達大學的研究團隊領導者John Bischof將這次的研究成果發表在《科學轉化醫學期刊》上。

  更好的解決方法是低溫儲藏——將組織保存在零下80攝氏度到零下190攝氏度的溫度中。

  玻璃化冷凍是最主要的低溫儲藏技術之一——這意味著用超冷凍的方法使生物樣本進入約零下160攝氏度的玻璃化狀態。實際上, Alcor等冷凍公司已經把玻璃化冷凍法應用于人類大腦的儲存。

  通過玻璃化冷凍的方式,我們能將器官保存幾年甚至更長的時間。這意味著醫生可以建立一個器官庫,這將使得任何需要心臟和肺臟器官的人更為方便快捷地獲得器官。

  然而,雖然我們解決了冷凍的問題,另外的問題是解凍過程會導致冰晶形成并損壞組織,而組織也可能在化凍的過程中破碎。

  過去,研究人員成功展現了解凍的過程可以在體積約為1毫升的小型組織樣本中發生。但是,隨著組織體積的增大到和人類的器官類似的大小,現在領先的對流技術——用緩慢的方法解凍——就不管用了。

  這種狀況現在就要改變了,明尼蘇達大學的研究團隊宣布研發出來了一種新的科技。這種科技允許科學家在不損毀冷凍組織的情況下,快速解凍人體組織和豬組織的樣本。

  “這是第一次任何人都能夠處理大一些的生物體系統,在一分鐘內,成功、快速而均勻地在不損壞組織的情況下,將組織的溫度提升幾百攝氏度。” Bischof 說。

  研究團隊使用微粒子法代替對流法對組織均勻地進行加熱,這樣冰晶就不會形成,組織也不會毀壞。

  圖片來源:Manuchehrabadi et al., Science Translational Medicine (2017)

  為了達到這一目標,科學家將硅鍍層的氧化鐵顆粒與一種溶液混合,通過使用外部磁場,這種混合物會產生一種均勻的熱量。

  接著,他們利用新的微粒子解凍法和傳統的慢速解凍法分別解凍1-50毫升的人類和豬的組織樣本。

  和控制組的樣本不同的是,每次用微粒子法解凍的組織不會呈現出任何傷害。

  你可以看看下面的對比,用微粒子法解凍的組織在紅線的左邊,控制組則在右邊:

  圖片來源:Manuchehrabadi et al., Science Translational Medicine (2017)

  接著,在融化后,人們很容易把微粒子從樣本中洗掉。

  研究團隊也嘗試加熱一個80毫升的容器,但這個容器里沒有任何組織的存在。研究人員發現,對80毫升的容器進行解凍所得到的關鍵數據也與小一些的樣本容積相似。這意味著, 這種技術是可以規模化的。

  “簡單地說,在1毫升的樣本中,微粒子解凍法和快速對流解凍法的可行性及生物力學測試相當;在50毫升的樣本中,微粒子解凍法優于快速解凍法;從物理上來說,樣本擴展為80毫升時,微粒子解凍法的優勢仍然存在。” 研究團隊寫道。

  “將來,我們相信可以微粒子解凍法可以應用于1升甚至更大的組織和器官中。”

  研究團隊承認,如果需要解凍大型的組織,甚至是整個器官就必須向器官或組織里注射微粒,而不僅是將組織和器官浸泡在粒子周圍。這樣能達到均勻加熱的目的。這就是研究團隊下一步要做的事。

  亟需注意的一點是:研究團隊目前并沒有成功地將這項技術運用在器官上。因為器官是由不同種類的組織以復雜的方式排列起來的。

  對于這項研究,我們需要做很多的優化和調整。因此,要成功地解凍低溫儲藏的器官,我們還需要走很長的路。但是,這是人類第一次將體積這么大的組織成功從低溫儲藏的狀態中解凍,這是非常激動人心的。

責編:科普知識網

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