Einige Science-Fiction-Werke erwähnen eine der Möglichkeiten, über weite Strecken im Weltraum zu reisen. Sie schlagen vor, eine ähnliche Methode für "Zeitreisen" zu verwenden: Eine Person ist eingefroren, und nach einer bestimmten Zeit beginnt das System mit dem Abtauen, und der "Reisende" wacht in ferner (oder nicht so) Zukunft auf. In der Realität gibt es ein ähnliches "Schlaf" -System - einige Unternehmen bieten hoffnungslos kranken Menschen an, sich einem
Kryokonservierungsverfahren zu unterziehen, damit in Zukunft, wenn Wissenschaftler einen Weg finden, einmal unheilbare Krankheiten zu behandeln, eine Person aufgetaut und geheilt wird.
Leider bleibt Science-Fiction immer noch Science-Fiction, und es ist unwahrscheinlich, dass Menschen, die die Dienste dieser Unternehmen in Anspruch genommen haben, aufgetaut und geheilt werden - während des Einfrierens und noch mehr - während des umgekehrten Prozesses, dem Erhitzen, werden Gewebezellen zu stark geschädigt. Für moderne Spezialisten ist das Problem nicht die Kryokonservierung, sondern das Auftauen. Trotzdem ist inzwischen eine Technologie bekannt geworden, mit der Sie große Gewebefragmente auftauen können, ohne die Zellstruktur zu beschädigen. Dies ist natürlich kein Kryoson für einen Reisenden zu einem entfernten Stern, sondern eine großartige Option für die moderne Medizin. Diese Methode ermöglicht es, Organe für eine lange Zeit zur Transplantation aufzubewahren.
Im Allgemeinen ist die Kryokonservierung selbst keine neue Methode. Vor langer Zeit wurden Methoden zur Kryokonservierung von Zellkulturen, Geweben und sogenannten Embryonen entwickelt und erfolgreich angewendet. Bis vor kurzem gab es jedoch keine zuverlässigen Methoden zum "Tiefkühlen" einzelner Organe. Es gibt nur wenige Fälle von Transplantationen von gefrorenen und dann erfolgreich aufgetauten Organen, da es normalerweise darum geht, in einem gefrorenen Organ bestimmte Abschnitte lebenden Gewebes zu erhalten, die in einem fremden Organismus Wurzeln schlagen und die Funktionalität des Organs allmählich wiederherstellen.
Die Betriebstemperaturen der Kryokonservierung liegen in der Größenordnung von -196 ° C. Kapseln mit lebendem Gewebe werden in flüssigen Stickstoff gegeben, wodurch Sie die biochemischen Prozesse in den Zellen, einschließlich des Stoffwechsels und der Energie mit der Umwelt, vollständig stoppen können. Im Idealfall kann ein gefrorenes Gewebe sehr lange halten. Wenn das Volumen der Probe gering ist, kann es wiederhergestellt werden.
Die Arbeit eines Wissenschaftlerteams aus Minnesota, USA, verspricht, den Umfang der Transplantation zu ändern. Fachleute kündigten die Entwicklung einer neuen Technik an, mit der sie Gewebe- und Organproben (in Zukunft) einfrieren können, ohne die Zellen zu beschädigen. "Zum ersten Mal konnte jemand die Kryokonservierungsmethode auf biologische Systeme skalieren und zeigte ein erfolgreiches schnelles Auftauen von gelagertem Gewebe, ohne es zu beschädigen",
sagte John Bischoff, Spezialist an der Universität von Minnesota.
Anstatt die im allgemeinen Fall zum Auftauen von Geweben verwendete Konvektion zu verwenden, verwendeten die Autoren des Projekts Nanopartikel, um die Gewebe zu erhitzen, wobei die Temperatur für alle Bereiche gleich stark anstieg. Darüber hinaus ist der Temperaturanstieg während des Abtauens sehr schnell - mehr als hundert Grad pro Minute. Dadurch werden keine Eiskristalle gebildet, die die Zellen schädigen.
Quelle: Manuchehrabadi et al., Science Translational Medicine (2017)Hierzu werden mit Kieselsäure beschichtete Eisenoxid-Nanopartikel eingesetzt. Sie werden mit einem induzierten Magnetfeld erwärmt. Bisher ist das Volumen der auf diese Weise gelagerten Gewebeelemente gering - von 1 bis 50 ml. In den Experimenten testen die Autoren ihre Technologie, indem sie die Proben in eine Versuchsgruppe und eine Kontrollgruppe aufteilen. Die Versuchsgruppe gefrorener Gewebe wird wie oben beschrieben erhitzt. Kontrolle - wie gewohnt mit Konvektion. Wissenschaftler haben bereits viele Experimente durchgeführt, aber Proben aus der Versuchsgruppe waren im Gegensatz zu den Proben aus der Kontrollgruppe nie betroffen.
Links ist ein mit einer neuen Technik aufgetautes Gewebe. Rechts nach der roten Linie ist der Stoff auf traditionelle Weise aufgetaut. Quelle: Manuchehrabadi et al., Science Translational Medicine (2017)Nach Wiederherstellung des normalen Temperaturbereichs entfernen die Wissenschaftler Nanopartikel durch Auslaugen aus der Probe.
Die Technik wurde auch beim Erhitzen eines Systems mit einem Volumen von 80 ml getestet, diesmal jedoch ohne Gewebe. Wie sich jedoch herausstellte, ist die Heizrate dieselbe wie bei kleineren Systemen, was als einer der Beweise für die Skalierbarkeit der Technologie angesehen werden kann. „Kurz gesagt, Nanowarming funktioniert mit Proben mit einem Volumen von 1 ml, 50 ml und kann für 80 ml Systeme skaliert werden“,
sagen die Autoren. Laut Wissenschaftlern kann die Erwärmung mit Nanopartikeln künftig auf Proben mit einem viel größeren Volumen von bis zu 1 Liter oder mehr angewendet werden.
In diesem Fall müssen Nanopartikel durch Injektion in Gewebe- und Organproben injiziert werden. Das Team hat seine Methodik für größere Stichproben noch nicht ausprobiert, obwohl dies in naher Zukunft geplant ist.
Die Hauptschädigungsfaktoren beim Einfrieren von lebendem Gewebe sind die Bildung von intrazellulärem Eis und die Dehydration von Zellen. Wenn das Abkühlen mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt wird, bilden sich in der Zelle Eiskristalle. Dies führt wiederum zu einer Zunahme des Innenvolumens von Strukturen wie dem Golgi-Apparat, den Mitochondrien, dem endoplasmatischen Retikulum, den Lysosomen und der zytoplasmatischen Membran mit deren anschließender Zerstörung. Bei der Dehydratisierung verliert die Zelle beim Abkühlen etwa 80-90% Wasser, was zur Zerstörung hydratisierter Komplexe mit Makromolekülen führt, wonach die aufgetaute Zelle nicht mehr normal funktionieren kann.
Jetzt haben Wissenschaftler gelernt, wie man Gewebeproben ohne Beschädigung einfriert. Das Auftauen ist jedoch ein Problem, mit dem sich Wissenschaftler in vielen Ländern befassen. Wenn dieses Problem behoben werden kann, können Ärzte gefrorene Organe und Gewebe lange Zeit aufbewahren.