Tisdag 22 april 2014.- Föreställ dig att läkare kan öppna frysar och välja njurar, levar eller hjärtan för att använda i livräddande operationer. Följande förklarar varför detta är så svårt att uppnå.
Om du behöver en ny njure, ett ersättande hjärta eller ett annat viktigt organ, har du inte många alternativ. Detta beror på att när det gäller friska mänskliga organ för transplantationer som kan rädda liv, finns det ett stort klöv mellan utbud och efterfrågan.
I USA transplanterades 26 517 organ 2013, men mer än 120 000 patienter finns på väntelistan. Enkelt uttryckt finns det inte tillräckligt med donationer för alla.
Ännu värre är att ibland de organ som finns tillgängliga slösas bort eftersom de inte har mycket hållbarhet när de tagits bort från givaren.
Just nu är det bästa vi kan göra att hålla dem i en speciell lösning strax över 0 grader Celsius under en eller två dagar, vilket inte ger mycket tid att hitta patienter som är fullt kompatibla mottagare att ta emot dem.
Men det finns ett möjligt svar. Om forskare kunde hitta ett sätt att frysa organ och föra dem tillbaka utan att orsaka skada, kan vi eventuellt hålla dem i veckor eller månader.
Detsamma kan göras med de organ som designats i laboratoriet om vi kan skapa dem. Med detta i åtanke planerar Click Organ Preservation Alliance, en välgörenhet kopplad till laboratorierna vid Singularity University i NASA Research Park i Kalifornien, att skapa ett miljonärpris för dem som uppmuntrar framsteg i detta avseende.
Kan vi se en tid då transplantationskirurger öppnar frysar och väljer njurar, lever eller hjärtan för att utföra livräddande operationer?
Forskare har kryokreserverat eller frysat små grupper av mänskliga celler i framgång i 40 år.
De sparar ägglossningar och embryon som översvämmar cellerna med lösningar av de så kallade kryotskyddande föreningarna, som förhindrar bildning av iskristaller som kan förstöra cellerna och också skydda dem mot dödlig sammandragning.
Tyvärr stöter de på stora hinder när de försöker implementera denna process i större skala, eftersom arkitekturen inom de mest komplexa organen och vävnaderna är mycket mer sårbar för skador relaterade till iskristaller.
Men en liten grupp forskare har inte gett upp och förbereder sig för utmaningen, delvis efter naturens ledtrådar.
Till exempel överlever isfisk i Antarktis i mycket kallt vatten vid -2 grader Celsius tack vare frostskyddsproteiner (AFP), vilket minskar fryspunkten för deras kroppsvätskor och binder till Iskristaller för att stoppa dess spridning.
Forskare har använt lösningar som innehåller antarktiska isfisk-AFP: er för att bevara råttahjärtan under en period av upp till 24 timmar, några grader under noll.
Vid en lägre temperatur uppstår emellertid motproduktiva effekter i AFP: erna för detta djur: de tvingar bildningen av iskristaller för att producera skarpa punkter som genomtränger cellmembranen.
En annan frostskyddsförening som nyligen upptäcktes i en Alaskan skalbagge som tål -60 ° C kan vara mer användbar.
Men frostskyddsingredienserna enbart kommer inte att göra jobbet. Detta beror på att frysning också förstör celler genom att påverka flödet av vätskor in och ut ur dem.
Det bildas is i utrymmena mellan cellerna, vilket minskar vätskevolymen och ökar koncentrationen av lösta salter och andra joner. Vatten rusar från cellerna utåt för att kompensera, vilket får dem att vissna och dö.
I ägglossningar och embryon är kryo-skyddande föreningar som glycerol mycket användbara: de förskjuter inte bara vatten för att förhindra bildning av is i cellerna, utan hjälper också till att förhindra cellkontraktion och död.
Problemet är att dessa föreningar inte kan arbeta med samma magi i organen. Å ena sidan är vävnadsceller mycket mer mottagliga för isinträngning.
Och även när cellerna skyddas, förstör iskristallerna som bildas i utrymmena mellan de extracellulära strukturerna som håller organet samman och underlättar dess funktion.
Ett sätt att övervinna farorna med isbildning är att förhindra att det händer. Det är därför som vissa forskare engagerar sig i en teknik som kallas förglasning, varigenom vävnaderna blir så kalla att de blir ett isfritt glas.
Metoden används redan av vissa fertilitetskliniker och har gett några av de mest uppmuntrande resultaten hittills vad gäller bevarandet av komplexa vävnader.
År 2000 förglasade till exempel Mike Taylor och hans kollegor på Cell and Tissue Systems i Charleston, South Carolina, 5 cm långa segment av en kanin, som är belägen mellan celler och organ i termer av komplexitet och visade att de behåller det mesta av sin funktion efter uppvärmning.
Två år senare gjorde Greg Fahy och hans kollegor vid 21st-Century Medicine, ett företag i Kalifornien baserat på kryokonservering, ett genombrott: De förglasade en kanins njure och höll den under glasövergångstemperaturen på - 122 grader Celsius i 10 minuter, innan avfrostning och transplantation till en kanin som levde i 48 dagar innan den slaktades för att undersöka den.
"Det var första gången att ett livsviktigt organ med efterföljande livsstöd hade blivit konserverat och transplanterat, " säger Fahy. "Det var ett bevis på att det var ett realistiskt förslag."
Men njurarna fungerade inte så bra som en hälsosam version, främst för att en viss del, medulla, tog längre tid att absorbera kryoprotektantlösningen, vilket innebar att en viss is bildades på den under avfrostningen.
"Även om vi var i väldigt humör visste vi också att vi var tvungna att förbättra", tillägger Fahy.
"Det är det närmaste vi har kommit", säger Taylor och lägger till en varning. "Det var mer än tio år sedan, och om tekniken var tillräckligt robust, borde det ha varit rapporter och uppföljningsstudier som vittnade om upptäckten, något som inte har funnits."
Framstegen har delvis varit långsam, säger Fahy, eftersom den slutade producera en kemikalie som var en viktig del av hans metod. Men hans grupp har återfått marken och gått framåt: vid det årliga mötet för Cryobiology Society 2013 presenterade Fahy en metod som gör att sladden laddas snabbare med kryobeskyddande medel.
Trots Fahys optimism är det uppenbart att när det gäller att bevara stora organ utgör förglasning några formidabla utmaningar. Till att börja med behövs höga koncentrationer av kryo-skyddande medel (minst fem gånger större än vid konventionell långsam kylning) som kan förgifta celler och vävnader som de ska skydda.
Problemet förvärras med större vävnader eftersom mer tid krävs för att ladda föreningarna, vilket innebär långsammare kylningstider och fler möjligheter för toxisk exponering. Dessutom, om kylningen är för snabb eller når för låga temperaturer, kan det uppstå sprickor.
Denna extremt känsliga uppvärmningsprocess ger fler hinder. Om det förglasade provet inte värms snabbt eller ganska enhetligt, ger glaskroppen plats för kristallisation, en process som kallas avvikelse och återigen kan sprickbildning uppstå.
(Detta) är en utmaning som vi ännu inte har övervunnit, "säger John Bischof, kryobiolog och ingenjör vid University of Minnesota." Den begränsande faktorn är hastigheten och enhetligheten med vilken vi kan tina upp det. "Och det beror på att Värmning sker vanligtvis från utsidan till insidan.
Förra året föreslog Bischof och doktorand Michael Etheridge ett sätt att lösa problemet: lägg till magnetiska nanopartiklar till kryoprotektionslösningen.
Tanken är att partiklarna sprids genom vävnaden och, när de är upphetsade av magnetfältet, värmer allt snabbt och jämnt. Duon arbetar för närvarande med Taylor och hans kollegor för att testa metoden i kaninerna.
För det mesta har framstegen inom fältet skett av test och fel: testa kombinationer av lösningar och metoder för frysning och tining.
Men forskare har också börjat dra nytta av ny teknik för att undersöka närmare hur is uppträder i celler och vävnader.
Om processerna förstås i detalj kan det förväntas att innovativa och effektivare metoder kan utformas för att kontrollera dem.
Under de senaste 12 månaderna har det skett betydande framsteg på detta område. Taylor, som arbetar med Yoed Rabin, en mekanisk ingenjör vid Carnegie Mellon University i Pittsburgh, introducerade en ny enhet som möjliggör visualisering av högupplösta fullfärgade termiska bilder på tyger med stora volymer.
Samtidigt har Jens Karlsson från Villanova University i Pennsylvania nyligen tagit mikroskopiska ultroströrande videosekvenser från det ögonblick då isen tränger in i små fickor mellan två tätt bundna celler och orsakar sedan kristallisering i dem.
Perspektiven på dessa metoder kan ge nya idéer om hur man kan manipulera frysprocessen, säger Karlsson, som försöker ta reda på hur man kan kryopreservera vävnader genom noggrann kontroll av frysning och upptining, snarare än genom av förglasning.
En möjlighet är att genetiskt utforma celler som kan övertalas för att bilda cellcellkorsningar som kan motstå kryokonservering. Nästa uppgift skulle vara att hitta ett sätt att rikta bildningen av extracellulär is så att det inte påverkar ett organs funktion.
Karlsson är också villig att använda datorsimuleringar av frysprocessen för att effektivt testa miljoner möjliga protokoll.
"Vi behöver dessa typer av verktyg för att påskynda framstegen, " säger Karlsson, som jämför uppgiften med "att försöka nå månen med en bråkdel av medlen avsedda för den ansträngningen."
Även med begränsade resurser har området visat att isfri kryokonservering är praktiskt för små vävnader, såsom ett blodkärlsegment. "Barriären som återstår och det är viktigt, " säger Taylor, "är att skala den till ett mänskligt organ."
För Karlsson, som misstänker att sådana ansträngningar "kan stöta på en mur" innan förglasning någonsin tjänar mänskliga organ, utgör frysningsmetoder (eller vad han kallar isbaserade metoder) en lika eller till och med en väg Mer pålitlig mot framgång.
Men det finns en sista uppfattning som måste tas på allvar. "Ingen kryokonserveringsteknik erbjuder 100% överlevnad av komponentceller, " säger Taylor.
"I många tillämpningar kan detta tolereras, men för ett enda organ kan detta innebära en betydande grad av reparationsskada efter lagring eller transplantation."
I slutändan betyder det att oavsett hur väl kryokonserverade proverna är, kommer de sannolikt att vara av sämre kvalitet jämfört med nyförvärvade organ.
Källa:
Taggar:
Annorlunda Nyheter Familj
Om du behöver en ny njure, ett ersättande hjärta eller ett annat viktigt organ, har du inte många alternativ. Detta beror på att när det gäller friska mänskliga organ för transplantationer som kan rädda liv, finns det ett stort klöv mellan utbud och efterfrågan.
I USA transplanterades 26 517 organ 2013, men mer än 120 000 patienter finns på väntelistan. Enkelt uttryckt finns det inte tillräckligt med donationer för alla.
Ännu värre är att ibland de organ som finns tillgängliga slösas bort eftersom de inte har mycket hållbarhet när de tagits bort från givaren.
Just nu är det bästa vi kan göra att hålla dem i en speciell lösning strax över 0 grader Celsius under en eller två dagar, vilket inte ger mycket tid att hitta patienter som är fullt kompatibla mottagare att ta emot dem.
Men det finns ett möjligt svar. Om forskare kunde hitta ett sätt att frysa organ och föra dem tillbaka utan att orsaka skada, kan vi eventuellt hålla dem i veckor eller månader.
Detsamma kan göras med de organ som designats i laboratoriet om vi kan skapa dem. Med detta i åtanke planerar Click Organ Preservation Alliance, en välgörenhet kopplad till laboratorierna vid Singularity University i NASA Research Park i Kalifornien, att skapa ett miljonärpris för dem som uppmuntrar framsteg i detta avseende.
Är det möjligt att kryopreservera?
Kan vi se en tid då transplantationskirurger öppnar frysar och väljer njurar, lever eller hjärtan för att utföra livräddande operationer?
Forskare har kryokreserverat eller frysat små grupper av mänskliga celler i framgång i 40 år.
De sparar ägglossningar och embryon som översvämmar cellerna med lösningar av de så kallade kryotskyddande föreningarna, som förhindrar bildning av iskristaller som kan förstöra cellerna och också skydda dem mot dödlig sammandragning.
Tyvärr stöter de på stora hinder när de försöker implementera denna process i större skala, eftersom arkitekturen inom de mest komplexa organen och vävnaderna är mycket mer sårbar för skador relaterade till iskristaller.
Men en liten grupp forskare har inte gett upp och förbereder sig för utmaningen, delvis efter naturens ledtrådar.
Till exempel överlever isfisk i Antarktis i mycket kallt vatten vid -2 grader Celsius tack vare frostskyddsproteiner (AFP), vilket minskar fryspunkten för deras kroppsvätskor och binder till Iskristaller för att stoppa dess spridning.
Forskare har använt lösningar som innehåller antarktiska isfisk-AFP: er för att bevara råttahjärtan under en period av upp till 24 timmar, några grader under noll.
Vid en lägre temperatur uppstår emellertid motproduktiva effekter i AFP: erna för detta djur: de tvingar bildningen av iskristaller för att producera skarpa punkter som genomtränger cellmembranen.
En annan frostskyddsförening som nyligen upptäcktes i en Alaskan skalbagge som tål -60 ° C kan vara mer användbar.
Men frostskyddsingredienserna enbart kommer inte att göra jobbet. Detta beror på att frysning också förstör celler genom att påverka flödet av vätskor in och ut ur dem.
Det bildas is i utrymmena mellan cellerna, vilket minskar vätskevolymen och ökar koncentrationen av lösta salter och andra joner. Vatten rusar från cellerna utåt för att kompensera, vilket får dem att vissna och dö.
I ägglossningar och embryon är kryo-skyddande föreningar som glycerol mycket användbara: de förskjuter inte bara vatten för att förhindra bildning av is i cellerna, utan hjälper också till att förhindra cellkontraktion och död.
Problemet är att dessa föreningar inte kan arbeta med samma magi i organen. Å ena sidan är vävnadsceller mycket mer mottagliga för isinträngning.
Och även när cellerna skyddas, förstör iskristallerna som bildas i utrymmena mellan de extracellulära strukturerna som håller organet samman och underlättar dess funktion.
förglasning
Ett sätt att övervinna farorna med isbildning är att förhindra att det händer. Det är därför som vissa forskare engagerar sig i en teknik som kallas förglasning, varigenom vävnaderna blir så kalla att de blir ett isfritt glas.
Metoden används redan av vissa fertilitetskliniker och har gett några av de mest uppmuntrande resultaten hittills vad gäller bevarandet av komplexa vävnader.
År 2000 förglasade till exempel Mike Taylor och hans kollegor på Cell and Tissue Systems i Charleston, South Carolina, 5 cm långa segment av en kanin, som är belägen mellan celler och organ i termer av komplexitet och visade att de behåller det mesta av sin funktion efter uppvärmning.
Två år senare gjorde Greg Fahy och hans kollegor vid 21st-Century Medicine, ett företag i Kalifornien baserat på kryokonservering, ett genombrott: De förglasade en kanins njure och höll den under glasövergångstemperaturen på - 122 grader Celsius i 10 minuter, innan avfrostning och transplantation till en kanin som levde i 48 dagar innan den slaktades för att undersöka den.
"Det var första gången att ett livsviktigt organ med efterföljande livsstöd hade blivit konserverat och transplanterat, " säger Fahy. "Det var ett bevis på att det var ett realistiskt förslag."
Men njurarna fungerade inte så bra som en hälsosam version, främst för att en viss del, medulla, tog längre tid att absorbera kryoprotektantlösningen, vilket innebar att en viss is bildades på den under avfrostningen.
"Även om vi var i väldigt humör visste vi också att vi var tvungna att förbättra", tillägger Fahy.
"Det är det närmaste vi har kommit", säger Taylor och lägger till en varning. "Det var mer än tio år sedan, och om tekniken var tillräckligt robust, borde det ha varit rapporter och uppföljningsstudier som vittnade om upptäckten, något som inte har funnits."
Framstegen har delvis varit långsam, säger Fahy, eftersom den slutade producera en kemikalie som var en viktig del av hans metod. Men hans grupp har återfått marken och gått framåt: vid det årliga mötet för Cryobiology Society 2013 presenterade Fahy en metod som gör att sladden laddas snabbare med kryobeskyddande medel.
Trots Fahys optimism är det uppenbart att när det gäller att bevara stora organ utgör förglasning några formidabla utmaningar. Till att börja med behövs höga koncentrationer av kryo-skyddande medel (minst fem gånger större än vid konventionell långsam kylning) som kan förgifta celler och vävnader som de ska skydda.
Problemet förvärras med större vävnader eftersom mer tid krävs för att ladda föreningarna, vilket innebär långsammare kylningstider och fler möjligheter för toxisk exponering. Dessutom, om kylningen är för snabb eller når för låga temperaturer, kan det uppstå sprickor.
Denna extremt känsliga uppvärmningsprocess ger fler hinder. Om det förglasade provet inte värms snabbt eller ganska enhetligt, ger glaskroppen plats för kristallisation, en process som kallas avvikelse och återigen kan sprickbildning uppstå.
(Detta) är en utmaning som vi ännu inte har övervunnit, "säger John Bischof, kryobiolog och ingenjör vid University of Minnesota." Den begränsande faktorn är hastigheten och enhetligheten med vilken vi kan tina upp det. "Och det beror på att Värmning sker vanligtvis från utsidan till insidan.
Förra året föreslog Bischof och doktorand Michael Etheridge ett sätt att lösa problemet: lägg till magnetiska nanopartiklar till kryoprotektionslösningen.
Tanken är att partiklarna sprids genom vävnaden och, när de är upphetsade av magnetfältet, värmer allt snabbt och jämnt. Duon arbetar för närvarande med Taylor och hans kollegor för att testa metoden i kaninerna.
Is i aktion
För det mesta har framstegen inom fältet skett av test och fel: testa kombinationer av lösningar och metoder för frysning och tining.
Men forskare har också börjat dra nytta av ny teknik för att undersöka närmare hur is uppträder i celler och vävnader.
Om processerna förstås i detalj kan det förväntas att innovativa och effektivare metoder kan utformas för att kontrollera dem.
Under de senaste 12 månaderna har det skett betydande framsteg på detta område. Taylor, som arbetar med Yoed Rabin, en mekanisk ingenjör vid Carnegie Mellon University i Pittsburgh, introducerade en ny enhet som möjliggör visualisering av högupplösta fullfärgade termiska bilder på tyger med stora volymer.
Samtidigt har Jens Karlsson från Villanova University i Pennsylvania nyligen tagit mikroskopiska ultroströrande videosekvenser från det ögonblick då isen tränger in i små fickor mellan två tätt bundna celler och orsakar sedan kristallisering i dem.
Perspektiven på dessa metoder kan ge nya idéer om hur man kan manipulera frysprocessen, säger Karlsson, som försöker ta reda på hur man kan kryopreservera vävnader genom noggrann kontroll av frysning och upptining, snarare än genom av förglasning.
En möjlighet är att genetiskt utforma celler som kan övertalas för att bilda cellcellkorsningar som kan motstå kryokonservering. Nästa uppgift skulle vara att hitta ett sätt att rikta bildningen av extracellulär is så att det inte påverkar ett organs funktion.
Karlsson är också villig att använda datorsimuleringar av frysprocessen för att effektivt testa miljoner möjliga protokoll.
"Vi behöver dessa typer av verktyg för att påskynda framstegen, " säger Karlsson, som jämför uppgiften med "att försöka nå månen med en bråkdel av medlen avsedda för den ansträngningen."
Även med begränsade resurser har området visat att isfri kryokonservering är praktiskt för små vävnader, såsom ett blodkärlsegment. "Barriären som återstår och det är viktigt, " säger Taylor, "är att skala den till ett mänskligt organ."
För Karlsson, som misstänker att sådana ansträngningar "kan stöta på en mur" innan förglasning någonsin tjänar mänskliga organ, utgör frysningsmetoder (eller vad han kallar isbaserade metoder) en lika eller till och med en väg Mer pålitlig mot framgång.
Men det finns en sista uppfattning som måste tas på allvar. "Ingen kryokonserveringsteknik erbjuder 100% överlevnad av komponentceller, " säger Taylor.
"I många tillämpningar kan detta tolereras, men för ett enda organ kan detta innebära en betydande grad av reparationsskada efter lagring eller transplantation."
I slutändan betyder det att oavsett hur väl kryokonserverade proverna är, kommer de sannolikt att vara av sämre kvalitet jämfört med nyförvärvade organ.
Källa:
---ywienie-i-opieka-ile-yje-winka-morska.jpg)
