Według danych Organ Procurement and Transplantation Network (na sierpień 2024 r.) na krajowej liście oczekujących na przeszczep w USA znajduje się ponad 114 tys. osób. Szacuje się, że ok. 6 tys. pacjentów rocznie umiera przed otrzymaniem przeszczepu narządu. Jednym z powodów jest utrata narządów w chłodni podczas transportu, gdy opóźnienia w dostawie powodują ich przedwczesne ogrzanie. Zostały opracowane metody szybkiego zamrażania narządów w celu ich długoterminowego przechowywania bez ryzyka uszkodzenia w wyniku tworzenia się kryształków lodu, ale okazuje się, że kryształki lodu mogą również tworzyć się podczas ogrzewania narządów przed samą transplantacją. Aby rozwiązać ten problem, Yadong Yin i jego współpracownicy rozwinęli technikę znaną jako nanowarming (nanopodgrzewanie), której pionierem był współpracownik John Bischof, w celu wykorzystania nanocząstek magnetycznych i pól magnetycznych do szybkiego, równomiernego i bezpiecznego rozmrażania zamrożonych tkanek.
Wcześniej Yin wraz z zespołem opracował nanocząstki magnetyczne (w rzeczywistości niezwykle małe magnesy sztabkowe), które po wystawieniu na działanie zmiennych pól magnetycznych generowały ciepło. Ciepło to szybko rozmroziło tkanki zwierzęce przechowywane w temperaturze -150oC w roztworze nanocząstek i środka krioprotekcyjnego. Naukowcy obawiali się jednak, że nierównomierne rozmieszczenie nanocząstek w tkankach może spowodować przegrzanie w miejscach, w których gromadzą się cząstki, co może prowadzić do uszkodzenia tkanek i toksyczności środka krioprotekcyjnego w podwyższonych temperaturach. Aby zmniejszyć to ryzyko, naukowcy kontynuowali swoje badania, pracując nad dwuetapowym podejściem, które dokładniej kontroluje szybkość nanocieplenia. Opisali ten proces w nowym badaniu opublikowanym w „Nano Letters”. Jak on przebiegał?
1. Hodowane komórki lub tkanki zwierzęce zostały zanurzone w roztworze zawierającym nanocząstki magnetyczne i substancję krioprotekcyjną, a następnie zamrożone ciekłym azotem.
2. W pierwszym etapie rozmrażania, tak jak poprzednio, zmienne pole magnetyczne zainicjowało szybkie ponowne ogrzanie tkanek zwierzęcych.
3. Gdy próbki zbliżyły się do temperatury topnienia środka krioprotekcyjnego, naukowcy zastosowali poziome statyczne pole magnetyczne.
4. Drugie pole wyrównało nanocząsteczki, skutecznie hamując produkcję ciepła.
Nagrzewanie spowolniło najszybciej w obszarach z większą ilością nanocząsteczek, co zmniejszyło obawy o problematyczne hotspoty. Stosując tę metodę do hodowanych ludzkich fibroblastów skóry i świńskich tętnic szyjnych, naukowcy zauważyli, że żywotność komórek pozostała wysoka po ponownym ogrzaniu przez kilka minut, co sugeruje, że rozmrażanie było zarówno szybkie, jak i bezpieczne. Naukowcy twierdzą, że zdolność do precyzyjnego kontrolowania ponownego ogrzewania tkanek przybliża nas o krok do długoterminowej kriokonserwacji narządów i nadziei na więcej ratujących życie przeszczepów dla pacjentów. – Nanocząstki magnetyczne o niezwykle małych rozmiarach i wysokiej dyspersji są współzaładowane do tkanki z czynnikami krioprotekcyjnymi (CPA). W przeciwieństwie do tradycyjnego ogrzewania konwekcyjnego z zewnętrznych obszarów tkanki nanorozgrzewanie uzyskuje się poprzez generowanie ciepła przez nanocząstki z wewnętrznej przestrzeni tkanki, co zapewnia znacznie bardziej równomierne i szybsze ogrzewanie – mówi Yadong Yin. Wykorzystując magnetyczne nanocząsteczki, eksperci mogą precyzyjnie kontrolować tempo rozmrażania, minimalizując ryzyko uszkodzenia tkanek. Dokładna kontrola ponownego ogrzania tkanki może pomóc w długoterminowej kriokonserwacji narządów.
KOMENTARZE