研究人员已经开发出可以快速解冻冷冻组织的技术



一些科幻小说作品提到在太空中长途旅行的可能性之一。 他们建议对“时间旅行”使用类似的方法:一个人被冻结,并且在一定时间后系统开始除霜,并且“旅行者”在遥远的(或者不是这样)将来醒来。 现实中有一个类似的“睡眠”系统-一些公司为绝望的病人提供冷冻保存程序,以便将来,当科学家找到一种治疗无法治愈的疾病的方法时,一个人就会被解冻并治愈。

不幸的是,科幻小说仍然是科幻小说,使用这些公司的服务的人不太可能被解冻和治愈-在冷冻过程中对组织细胞的伤害太大,在逆过程中加热时甚至更大。 对于现代专家而言,问题不在于冷冻保存,而在于除霜。 但是,现在已知的技术可以使您解冻组织的大块而不破坏细胞结构。 当然,这不是旅行者到遥远星空的冰山,而是现代医学的绝佳选择。 这种方法可以长时间保存器官以便移植。

通常,冷冻保存本身并不是一种新方法。 相当久以前,已经开发并成功应用了细胞培养物,组织和所谓胚胎的冷冻保存方法。 但是直到最近,还没有可靠的“深度冷冻”单个器官的方法。 只有极少数情况下会先移植冷冻然后成功融化的器官,因为通常是在冷冻的器官中保存某些生组织的某些部分,这些部分扎根于外来生物并逐渐恢复器官的功能。

冷冻保存的工作温度约为-196°C。 具有活组织的胶囊置于液氮中,这使您可以完全停止细胞中的生化过程,包括环境的新陈代谢和能量。 理想情况下,冷冻的组织可以持续很长时间,并且如果样品体积很小,则可以将其恢复。

来自美国明尼苏达州的一组科学家的工作有望改变移植范围。 专家们宣布了一项新技术的开发,该技术可以使他们冻结组织和器官样本(将来)而不会损坏细胞。 明尼苏达大学的专家约翰·比绍夫说: “有人首次能够将冷冻保存方法扩展到生物系统,显示出对存储组织的快速快速除霜而不会对其造成损害。”

该项目的作者没有使用通常用于对组织除霜的对流,而是使用纳米颗粒加热组织,所有区域的温度均等升高。 此外,除霜过程中的温度升高非常快-每分钟超过100度。 结果,没有形成冰晶,这会损坏细胞。


资料来源:Manuchehrabadi等人,《科学转化医学》(2017年)

为此,使用涂覆有二氧化硅的氧化铁纳米颗粒。 使用感应磁场将它们加热。 到目前为止,以这种方式存储的组织元素的体积很小-从1到50毫升。 在实验中,作者通过将样本分为实验组和对照组来测试他们的技术。 如上所述对冷冻组织的实验组进行加热。 控制-通常采用对流方式。 科学家已经进行了许多实验,但是与对照组相比,实验组的样品从未受到影响。


左侧是使用新技术解冻的组织。 在红线之后的右边是按传统方式融化的织物。 资料来源:Manuchehrabadi等人,《科学转化医学》(2017年)

恢复正常温度范围后,科学家通过浸出从样品中去除纳米颗粒。

当加热体积为80 ml的系统时,还对该技术进行了测试,但是这次没有纸巾。 但是,事实证明,加热速率与较小系统的情况相同,这可以认为是该技术可扩展性的证明之一。 作者说:“简而言之,纳米加热可以处理体积为1 ml,50 ml的样品,并且可以缩放至80 ml的系统。” 根据科学家的说法,将来,可以将使用纳米颗粒的加热应用于体积更大,最大至1升或更大的样品。


在这种情况下,必须通过注射将纳米颗粒注射到组织和器官的样品中。 尽管计划在不久的将来这样做,但该团队尚未尝试针对较大样本的方法。

冷冻活组织时的主要破坏因素是细胞内冰的形成和细胞脱水。 如果高速冷却,则电池内部会形成冰晶。 而这反过来导致诸如高尔基体,线粒体,内质网,溶酶体,细胞质膜等结构的内部体积增加,并随之破坏。 至于脱水,冷却后细胞损失约80-90%的水,这会破坏与大分子的水合复合物,此后融化的细胞将无法正常运行。

现在,科学家们已经学会了如何冷冻组织样品而不会造成损坏。 但是除霜是许多国家的科学家正在解决的问题。 如果这个问题可以解决,医生将能够长时间保存冷冻的器官和组织。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN402061/


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