วันอังคารที่ 22 เมษายน 2014 ลองจินตนาการว่าแพทย์สามารถเปิดตู้แช่แข็งและเลือกไตตับหรือหัวใจเพื่อใช้ในการช่วยชีวิต ต่อไปนี้จะอธิบายว่าทำไมจึงเป็นเรื่องยากที่จะบรรลุ
ในกรณีที่คุณต้องการไตใหม่หัวใจทดแทนหรืออวัยวะสำคัญอื่นคุณไม่มีทางเลือกมากมาย นี่เป็นเพราะเมื่อพูดถึงอวัยวะของมนุษย์ที่มีสุขภาพดีสำหรับการปลูกถ่ายที่สามารถช่วยชีวิตได้มีช่องว่างขนาดใหญ่ระหว่างอุปสงค์และอุปทาน
ในสหรัฐอเมริกามีการปลูกถ่ายอวัยวะ 26, 517 อวัยวะในปี 2556 แต่มีผู้ป่วยมากกว่า 120, 000 รายที่อยู่ในรายการรอ พูดง่ายๆคือมีเงินบริจาคไม่พอสำหรับทุกคน
ยิ่งกว่านั้นบางครั้งอวัยวะที่มีอยู่นั้นสูญเปล่าเพราะพวกมันมีอายุการเก็บรักษาไม่นานนักเมื่อถูกนำออกจากผู้บริจาค
ในขณะนี้สิ่งที่ดีที่สุดที่เราสามารถทำได้คือเก็บไว้ในโซลูชันพิเศษเหนือระดับ 0 องศาเซลเซียสเป็นเวลาหนึ่งหรือสองวันซึ่งไม่ได้ให้เวลามากในการค้นหาผู้ป่วยที่เป็นผู้รับที่เข้ากันได้เต็มที่
แต่มีคำตอบที่เป็นไปได้ หากนักวิทยาศาสตร์สามารถหาวิธีที่จะตรึงอวัยวะและนำพวกมันกลับมาโดยไม่เกิดความเสียหายเราอาจจะเก็บมันไว้เป็นสัปดาห์หรือเป็นเดือน
สามารถทำได้เช่นเดียวกันกับอวัยวะที่ออกแบบในห้องปฏิบัติการถ้าเราสามารถสร้างมันขึ้นมาได้ ด้วยสิ่งนี้ในใจองค์กรพันธมิตรคลิกอนุรักษ์องค์กรการกุศลที่แนบมากับห้องปฏิบัติการของมหาวิทยาลัยเอกเทศในนาซ่า Research Park ในแคลิฟอร์เนียวางแผนที่จะสร้างรางวัลเศรษฐีสำหรับผู้ที่ส่งเสริมความก้าวหน้าในเรื่องนี้
ดังนั้นเราสามารถเหลือบเวลาที่การปลูกถ่ายศัลยแพทย์เปิดตู้แช่แข็งและเลือกไตตับหรือหัวใจเพื่อดำเนินการช่วยชีวิต?
นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการแช่แข็งหรือแช่แข็งเซลล์มนุษย์ขนาดเล็กเป็นเวลา 40 ปี
พวกเขาอนุรักษ์ ovules และตัวอ่อนที่ขังอยู่ในเซลล์ด้วยสารละลายของสาร cryoprotectant ซึ่งป้องกันการก่อตัวของผลึกน้ำแข็งที่สามารถทำลายเซลล์และป้องกันการหดตัวที่ร้ายแรง
น่าเสียดายที่พวกเขาเผชิญกับอุปสรรคที่ยิ่งใหญ่เมื่อพวกเขาพยายามที่จะใช้กระบวนการนี้ในระดับที่ใหญ่ขึ้นเนื่องจากสถาปัตยกรรมภายในอวัยวะและเนื้อเยื่อที่ซับซ้อนที่สุดนั้นมีความเสี่ยงต่อความเสียหายที่เกี่ยวข้องกับผลึกน้ำแข็งมากขึ้น
อย่างไรก็ตามนักวิจัยกลุ่มเล็ก ๆ ไม่ได้ยอมแพ้และกำลังเตรียมตัวสำหรับความท้าทายบางส่วนตามเบาะแสของธรรมชาติ
ตัวอย่างเช่นปลาน้ำแข็งในทวีปแอนตาร์กติกามีชีวิตรอดในน้ำเย็นมากที่ -2 องศาเซลเซียสด้วยโปรตีนแอนติฟรีซ (AFP) ซึ่งช่วยลดจุดเยือกแข็งของของเหลวในร่างกายและผูกกับ ผลึกน้ำแข็งเพื่อหยุดยั้งการแพร่กระจาย
นักวิจัยได้ใช้วิธีการแก้ปัญหาที่มี AFPs ปลาน้ำแข็งแอนตาร์กติกเพื่อรักษาหัวใจหนูเป็นระยะเวลานานถึง 24 ชั่วโมงที่ไม่กี่องศาด้านล่างเป็นศูนย์
อย่างไรก็ตามที่อุณหภูมิต่ำกว่าผลกระทบต่อต้านเกิดขึ้นใน AFPs ของสัตว์นี้พวกเขาบังคับให้การก่อตัวของผลึกน้ำแข็งในการผลิตจุดคมที่เจาะเยื่อหุ้มเซลล์
สารประกอบแข็งตัวอีกชนิดที่ค้นพบเมื่อเร็ว ๆ นี้ในด้วงอะแลสกาที่สามารถทนอุณหภูมิได้ -60 ° C อาจมีประโยชน์มากกว่า
แต่ส่วนผสมสารป้องกันการแข็งตัวเพียงอย่างเดียวจะไม่ทำงาน ทั้งนี้เป็นเพราะการแช่แข็งยังทำลายเซลล์โดยส่งผลกระทบต่อการไหลของของเหลวเข้าและออกจากพวกเขา
น้ำแข็งก่อตัวในช่องว่างระหว่างเซลล์ลดปริมาตรของของเหลวและเพิ่มความเข้มข้นของเกลือละลายและไอออนอื่น ๆ น้ำไหลออกจากเซลล์ภายนอกเพื่อชดเชยทำให้เหี่ยวแห้งและตาย
ในไข่และตัวอ่อนสารประกอบ cryoprotective เช่นกลีเซอรอลมีประโยชน์มาก: พวกมันไม่เพียง แต่แทนที่น้ำเพื่อป้องกันการก่อตัวของน้ำแข็งภายในเซลล์ แต่ยังช่วยป้องกันการหดตัวของเซลล์และความตาย
ปัญหาคือสารเหล่านี้ไม่สามารถทำงานได้ด้วยเวทย์มนตร์เดียวกันในอวัยวะ ในอีกด้านหนึ่งเซลล์เนื้อเยื่อมีความอ่อนไหวต่อการถูกน้ำแข็งมากขึ้น
และแม้กระทั่งเมื่อเซลล์ได้รับการปกป้องผลึกน้ำแข็งที่ก่อตัวในช่องว่างระหว่างมันจะทำลายโครงสร้างเซลล์นอกเซลล์ที่จับอวัยวะเข้าด้วยกันและช่วยให้การทำงานของมันง่ายขึ้น
วิธีหนึ่งในการเอาชนะอันตรายของการเคลือบน้ำแข็งก็คือการป้องกันไม่ให้เกิดขึ้น นั่นคือเหตุผลที่นักวิทยาศาสตร์บางคนมุ่งมั่นที่จะใช้เทคนิคที่เรียกว่า vitrification โดยที่เนื้อเยื่อจะเย็นมากจนกลายเป็นแก้วที่ปราศจากน้ำแข็ง
วิธีการดังกล่าวถูกใช้โดยคลีนิคการเจริญพันธุ์บางแห่งแล้วและได้ผลลัพธ์ที่น่าพอใจมากที่สุดจนถึงปัจจุบันเกี่ยวกับการเก็บรักษาเนื้อเยื่อที่ซับซ้อน
ยกตัวอย่างเช่นในปี 2000 ไมค์เทย์เลอร์และเพื่อนร่วมงานของเขาที่ระบบเซลล์และเนื้อเยื่อในชาร์ลสตันเซาท์แคโรไลนามีส่วนยาว 5 ซม. ของหลอดเลือดดำของกระต่ายซึ่งตั้งอยู่ระหว่างเซลล์และอวัยวะในแง่ของ ความซับซ้อนและแสดงให้เห็นว่าพวกเขายังคงฟังก์ชั่นส่วนใหญ่ของพวกเขาหลังจากความร้อน
อีกสองปีต่อมา Greg Fahy และเพื่อนร่วมงานของเขาในการแพทย์ในศตวรรษที่ 21 ซึ่งเป็น บริษัท วิจัยการเก็บรักษาด้วยการแช่แข็งในแคลิฟอร์เนียได้ทำการพัฒนา: พวกเขาทำให้ไตของกระต่ายมีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนแก้วของ - 122 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 10 นาทีก่อนละลายน้ำแข็งและย้ายไปยังกระต่ายที่อาศัยอยู่เป็นเวลา 48 วันก่อนที่มันจะถูกฆ่าเพื่อตรวจสอบ
“ มันเป็นครั้งแรกที่อวัยวะสำคัญที่มีการช่วยชีวิตภายหลังได้รับการแช่แข็งและปลูกถ่าย” Fahy กล่าว "มันเป็นข้อพิสูจน์ว่ามันเป็นข้อเสนอที่สมจริง"
แต่ไตไม่ทำงานเช่นเดียวกับเวอร์ชันที่มีสุขภาพดีส่วนใหญ่เป็นเพราะไขกระดูกส่วนหนึ่งใช้เวลานานในการดูดซับสารละลาย cryoprotectant ซึ่งหมายความว่าน้ำแข็งบางส่วนก่อตัวขึ้นในระหว่างการละลายน้ำแข็ง
“ แม้ว่าเราจะมีวิญญาณที่ดี แต่เราก็รู้ว่าเราต้องปรับปรุง” Fahy กล่าวเสริม
“ นั่นคือสิ่งที่เราใกล้เคียงที่สุด” เทย์เลอร์กล่าวเพิ่มข้อความเตือน "นั่นเป็นมากกว่า 10 ปีที่ผ่านมาและหากเทคนิคนั้นแข็งแกร่งเพียงพอแล้วก็ควรมีการรายงานและการติดตามผลการศึกษาเพื่อพิสูจน์สิ่งที่ไม่มีอยู่จริง"
ส่วนความคืบหน้าได้ช้าส่วน Fahy กล่าวเพราะมันหยุดผลิตสารเคมีที่เป็นส่วนสำคัญของวิธีการของเขา อย่างไรก็ตามกลุ่มของเขาฟื้นคืนชีพและก้าวไปข้างหน้า: ในการประชุมประจำปีของสมาคม Cryobiology Society ในปี 2013 Fahy เสนอวิธีการที่ช่วยให้สายโหลดได้เร็วขึ้นด้วย cryoprotectants
แม้จะมองโลกในแง่ดีของ Fahy เป็นที่ชัดเจนว่าเมื่อพูดถึงการรักษาอวัยวะขนาดใหญ่การให้ความไวทำให้เกิดความท้าทายที่น่ากลัว เริ่มต้นด้วยการใช้ความเข้มข้นสูงของ cryoprotectants (อย่างน้อยห้าครั้งใหญ่กว่าในการทำความเย็นช้าแบบธรรมดา) ที่สามารถวางยาพิษเซลล์และเนื้อเยื่อที่พวกเขาควรจะปกป้อง
ปัญหานี้ทวีความรุนแรงมากขึ้นด้วยเนื้อเยื่อที่มีขนาดใหญ่ขึ้นเนื่องจากต้องใช้เวลาในการบรรจุสารเพิ่มขึ้นซึ่งหมายถึงเวลาในการระบายความร้อนช้าลงและโอกาสในการได้รับสารพิษเกิดขึ้น นอกจากนี้หากการทำความเย็นเร็วเกินไปหรืออุณหภูมิต่ำเกินไปรอยแตกอาจปรากฏขึ้น
กระบวนการให้ความร้อนที่ละเอียดอ่อนมากนี้นำเสนออุปสรรคมากขึ้น หากชิ้นงานที่ผ่านการแช่แข็งไม่ได้ให้ความร้อนอย่างรวดเร็วหรือสม่ำเสมอความเป็นแก้วจะทำให้เกิดการตกผลึกซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการเบี่ยงเบนทางเคมีและอาจทำให้เกิดการแตกได้อีกครั้ง
(สิ่งนี้) เป็นความท้าทายที่เรายังไม่สามารถเอาชนะได้ "จอห์นบิสฮอฟผู้เชี่ยวชาญด้าน cryobiologist และวิศวกรของมหาวิทยาลัยมินนิโซตากล่าว" ปัจจัยที่ จำกัด คือความเร็วและความสม่ำเสมอซึ่งเราสามารถละลายได้ "และนั่นก็เป็นเพราะ ความร้อนมักเกิดขึ้นจากภายนอกสู่ภายใน
ปีที่แล้วบิชอฟและนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาไมเคิลอีเธอริดจ์เสนอวิธีการแก้ปัญหา: เพิ่มอนุภาคนาโนแม่เหล็กลงในสารละลาย cryoprotectant
แนวคิดก็คืออนุภาคจะกระจายตัวผ่านเนื้อเยื่อและเมื่อถูกความตื่นเต้นจากสนามแม่เหล็กทำให้ความร้อนทุกอย่างรวดเร็วและสม่ำเสมอ ทั้งคู่กำลังทำงานกับเทย์เลอร์และเพื่อนร่วมงานของเขาเพื่อทดสอบวิธีการในหลอดเลือดแดงของกระต่าย
ส่วนใหญ่แล้วความก้าวหน้าในสาขานั้นมาจากการลองผิดลองถูก: การทดสอบการรวมกันของการแก้ปัญหาและวิธีการแช่แข็งและการละลาย
แต่นักวิจัยก็เริ่มที่จะใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีใหม่เพื่อตรวจสอบอย่างใกล้ชิดว่าน้ำแข็งมีพฤติกรรมอย่างไรในเซลล์และเนื้อเยื่อ
หากเข้าใจกระบวนการอย่างละเอียดสามารถคาดหวังได้ว่าวิธีการที่เป็นนวัตกรรมและมีประสิทธิภาพมากขึ้นสามารถออกแบบให้ควบคุมได้
ในช่วง 12 เดือนที่ผ่านมามีความก้าวหน้าที่สำคัญในด้านนี้ Taylor ซึ่งทำงานร่วมกับ Yoed Rabin วิศวกรเครื่องกลที่ Carnegie Mellon University ใน Pittsburgh ได้เปิดตัวอุปกรณ์ใหม่ที่ช่วยให้มองเห็นภาพความร้อนสีเต็มรูปแบบความละเอียดสูงบนผ้าที่มีปริมาณมาก
ในขณะเดียวกัน Jens Karlsson จากมหาวิทยาลัยวิลลาโนวาในรัฐเพนซิลวาเนียเพิ่งได้จับภาพลำดับการเคลื่อนที่ด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบเคลื่อนไหวช้าพิเศษจากช่วงเวลาที่น้ำแข็งเข้าสู่หลุมเล็ก ๆ ระหว่างเซลล์ที่ถูกผูกไว้สองเซลล์แล้วทำให้เกิดการตกผลึกภายใน
มุมมองของวิธีการเหล่านี้สามารถนำความคิดใหม่เกี่ยวกับวิธีการจัดการกระบวนการแช่แข็ง Karlsson พูดว่าผู้ที่พยายามคิดวิธีการแช่แข็งเนื้อเยื่อผ่านการควบคุมอย่างระมัดระวังของการแช่แข็งและละลายกระบวนการมากกว่า ของ vitrification
ความเป็นไปได้อย่างหนึ่งคือการออกแบบทางพันธุกรรมของเซลล์ที่สามารถโน้มน้าวให้เกิดรอยแยกของเซลล์และเซลล์ที่มีความสามารถในการต่อต้านการเก็บรักษาด้วยการแช่แข็ง ภารกิจต่อไปคือหาวิธีที่จะควบคุมการก่อตัวของน้ำแข็งนอกเซลล์เพื่อไม่ให้กระทบต่อการทำงานของอวัยวะ
Karlsson ยินดีที่จะใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ของกระบวนการแช่แข็งเพื่อทดสอบโปรโตคอลที่เป็นไปได้หลายล้านรายการได้อย่างมีประสิทธิภาพ
"เราต้องการเครื่องมือประเภทนี้เพื่อเร่งความคืบหน้า" Karlsson กล่าวซึ่งเปรียบเทียบภารกิจกับ "พยายามเข้าถึงดวงจันทร์ด้วยเงินเพียงเสี้ยวเดียวที่ทุ่มเทให้กับความพยายามนั้น"
แม้จะมีทรัพยากร จำกัด พื้นที่ก็แสดงให้เห็นว่าการเก็บรักษาด้วยความเย็นที่ปราศจากน้ำแข็งนั้นเป็นประโยชน์สำหรับเนื้อเยื่อขนาดเล็กเช่นส่วนของเส้นเลือด “ สิ่งกีดขวางที่ยังคงอยู่และนั่นเป็นสิ่งสำคัญ” เทย์เลอร์กล่าว“ คือการปรับขนาดให้กับอวัยวะของมนุษย์”
สำหรับ Karlsson ผู้ที่สงสัยว่าความพยายามดังกล่าว“ อาจชนเข้ากับกำแพง” ก่อนที่การแช่แข็งจะทำหน้าที่อวัยวะของมนุษย์วิธีการแช่แข็ง (หรือสิ่งที่เขาเรียกว่าวิธีการทำน้ำแข็ง) เป็นตัวแทนของเส้นทางที่เท่าเทียมกัน น่าเชื่อถือยิ่งขึ้นไปสู่ความสำเร็จ
แต่มีความคิดสุดท้ายที่จะต้องดำเนินการอย่างจริงจัง “ ไม่มีเทคนิคการเก็บรักษาด้วยความเย็นที่ช่วยให้รอดชีวิต 100% ของเซลล์องค์ประกอบ” เทย์เลอร์กล่าว
"ในหลาย ๆ แอปพลิเคชั่นนี้สามารถยอมรับได้ แต่สำหรับอวัยวะเดียวนี่อาจหมายถึงการบาดเจ็บในระดับหนึ่งสำหรับการซ่อมแซมหลังจากการเก็บรักษาหรือการปลูกถ่าย"
ในท้ายที่สุดนั่นหมายความว่าไม่ว่าตัวอย่างที่เก็บรักษาไว้จะดีเพียงใดพวกเขาก็มีแนวโน้มที่จะด้อยคุณภาพเมื่อเทียบกับอวัยวะที่ได้มาใหม่
ที่มา:
แท็ก:
ตัดและเด็ก จิตวิทยา อาหารการกิน
ในกรณีที่คุณต้องการไตใหม่หัวใจทดแทนหรืออวัยวะสำคัญอื่นคุณไม่มีทางเลือกมากมาย นี่เป็นเพราะเมื่อพูดถึงอวัยวะของมนุษย์ที่มีสุขภาพดีสำหรับการปลูกถ่ายที่สามารถช่วยชีวิตได้มีช่องว่างขนาดใหญ่ระหว่างอุปสงค์และอุปทาน
ในสหรัฐอเมริกามีการปลูกถ่ายอวัยวะ 26, 517 อวัยวะในปี 2556 แต่มีผู้ป่วยมากกว่า 120, 000 รายที่อยู่ในรายการรอ พูดง่ายๆคือมีเงินบริจาคไม่พอสำหรับทุกคน
ยิ่งกว่านั้นบางครั้งอวัยวะที่มีอยู่นั้นสูญเปล่าเพราะพวกมันมีอายุการเก็บรักษาไม่นานนักเมื่อถูกนำออกจากผู้บริจาค
ในขณะนี้สิ่งที่ดีที่สุดที่เราสามารถทำได้คือเก็บไว้ในโซลูชันพิเศษเหนือระดับ 0 องศาเซลเซียสเป็นเวลาหนึ่งหรือสองวันซึ่งไม่ได้ให้เวลามากในการค้นหาผู้ป่วยที่เป็นผู้รับที่เข้ากันได้เต็มที่
แต่มีคำตอบที่เป็นไปได้ หากนักวิทยาศาสตร์สามารถหาวิธีที่จะตรึงอวัยวะและนำพวกมันกลับมาโดยไม่เกิดความเสียหายเราอาจจะเก็บมันไว้เป็นสัปดาห์หรือเป็นเดือน
สามารถทำได้เช่นเดียวกันกับอวัยวะที่ออกแบบในห้องปฏิบัติการถ้าเราสามารถสร้างมันขึ้นมาได้ ด้วยสิ่งนี้ในใจองค์กรพันธมิตรคลิกอนุรักษ์องค์กรการกุศลที่แนบมากับห้องปฏิบัติการของมหาวิทยาลัยเอกเทศในนาซ่า Research Park ในแคลิฟอร์เนียวางแผนที่จะสร้างรางวัลเศรษฐีสำหรับผู้ที่ส่งเสริมความก้าวหน้าในเรื่องนี้
เป็นไปได้หรือไม่ที่จะใช้ cryopreserve
ดังนั้นเราสามารถเหลือบเวลาที่การปลูกถ่ายศัลยแพทย์เปิดตู้แช่แข็งและเลือกไตตับหรือหัวใจเพื่อดำเนินการช่วยชีวิต?
นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการแช่แข็งหรือแช่แข็งเซลล์มนุษย์ขนาดเล็กเป็นเวลา 40 ปี
พวกเขาอนุรักษ์ ovules และตัวอ่อนที่ขังอยู่ในเซลล์ด้วยสารละลายของสาร cryoprotectant ซึ่งป้องกันการก่อตัวของผลึกน้ำแข็งที่สามารถทำลายเซลล์และป้องกันการหดตัวที่ร้ายแรง
น่าเสียดายที่พวกเขาเผชิญกับอุปสรรคที่ยิ่งใหญ่เมื่อพวกเขาพยายามที่จะใช้กระบวนการนี้ในระดับที่ใหญ่ขึ้นเนื่องจากสถาปัตยกรรมภายในอวัยวะและเนื้อเยื่อที่ซับซ้อนที่สุดนั้นมีความเสี่ยงต่อความเสียหายที่เกี่ยวข้องกับผลึกน้ำแข็งมากขึ้น
อย่างไรก็ตามนักวิจัยกลุ่มเล็ก ๆ ไม่ได้ยอมแพ้และกำลังเตรียมตัวสำหรับความท้าทายบางส่วนตามเบาะแสของธรรมชาติ
ตัวอย่างเช่นปลาน้ำแข็งในทวีปแอนตาร์กติกามีชีวิตรอดในน้ำเย็นมากที่ -2 องศาเซลเซียสด้วยโปรตีนแอนติฟรีซ (AFP) ซึ่งช่วยลดจุดเยือกแข็งของของเหลวในร่างกายและผูกกับ ผลึกน้ำแข็งเพื่อหยุดยั้งการแพร่กระจาย
นักวิจัยได้ใช้วิธีการแก้ปัญหาที่มี AFPs ปลาน้ำแข็งแอนตาร์กติกเพื่อรักษาหัวใจหนูเป็นระยะเวลานานถึง 24 ชั่วโมงที่ไม่กี่องศาด้านล่างเป็นศูนย์
อย่างไรก็ตามที่อุณหภูมิต่ำกว่าผลกระทบต่อต้านเกิดขึ้นใน AFPs ของสัตว์นี้พวกเขาบังคับให้การก่อตัวของผลึกน้ำแข็งในการผลิตจุดคมที่เจาะเยื่อหุ้มเซลล์
สารประกอบแข็งตัวอีกชนิดที่ค้นพบเมื่อเร็ว ๆ นี้ในด้วงอะแลสกาที่สามารถทนอุณหภูมิได้ -60 ° C อาจมีประโยชน์มากกว่า
แต่ส่วนผสมสารป้องกันการแข็งตัวเพียงอย่างเดียวจะไม่ทำงาน ทั้งนี้เป็นเพราะการแช่แข็งยังทำลายเซลล์โดยส่งผลกระทบต่อการไหลของของเหลวเข้าและออกจากพวกเขา
น้ำแข็งก่อตัวในช่องว่างระหว่างเซลล์ลดปริมาตรของของเหลวและเพิ่มความเข้มข้นของเกลือละลายและไอออนอื่น ๆ น้ำไหลออกจากเซลล์ภายนอกเพื่อชดเชยทำให้เหี่ยวแห้งและตาย
ในไข่และตัวอ่อนสารประกอบ cryoprotective เช่นกลีเซอรอลมีประโยชน์มาก: พวกมันไม่เพียง แต่แทนที่น้ำเพื่อป้องกันการก่อตัวของน้ำแข็งภายในเซลล์ แต่ยังช่วยป้องกันการหดตัวของเซลล์และความตาย
ปัญหาคือสารเหล่านี้ไม่สามารถทำงานได้ด้วยเวทย์มนตร์เดียวกันในอวัยวะ ในอีกด้านหนึ่งเซลล์เนื้อเยื่อมีความอ่อนไหวต่อการถูกน้ำแข็งมากขึ้น
และแม้กระทั่งเมื่อเซลล์ได้รับการปกป้องผลึกน้ำแข็งที่ก่อตัวในช่องว่างระหว่างมันจะทำลายโครงสร้างเซลล์นอกเซลล์ที่จับอวัยวะเข้าด้วยกันและช่วยให้การทำงานของมันง่ายขึ้น
การแช่แข็ง
วิธีหนึ่งในการเอาชนะอันตรายของการเคลือบน้ำแข็งก็คือการป้องกันไม่ให้เกิดขึ้น นั่นคือเหตุผลที่นักวิทยาศาสตร์บางคนมุ่งมั่นที่จะใช้เทคนิคที่เรียกว่า vitrification โดยที่เนื้อเยื่อจะเย็นมากจนกลายเป็นแก้วที่ปราศจากน้ำแข็ง
วิธีการดังกล่าวถูกใช้โดยคลีนิคการเจริญพันธุ์บางแห่งแล้วและได้ผลลัพธ์ที่น่าพอใจมากที่สุดจนถึงปัจจุบันเกี่ยวกับการเก็บรักษาเนื้อเยื่อที่ซับซ้อน
ยกตัวอย่างเช่นในปี 2000 ไมค์เทย์เลอร์และเพื่อนร่วมงานของเขาที่ระบบเซลล์และเนื้อเยื่อในชาร์ลสตันเซาท์แคโรไลนามีส่วนยาว 5 ซม. ของหลอดเลือดดำของกระต่ายซึ่งตั้งอยู่ระหว่างเซลล์และอวัยวะในแง่ของ ความซับซ้อนและแสดงให้เห็นว่าพวกเขายังคงฟังก์ชั่นส่วนใหญ่ของพวกเขาหลังจากความร้อน
อีกสองปีต่อมา Greg Fahy และเพื่อนร่วมงานของเขาในการแพทย์ในศตวรรษที่ 21 ซึ่งเป็น บริษัท วิจัยการเก็บรักษาด้วยการแช่แข็งในแคลิฟอร์เนียได้ทำการพัฒนา: พวกเขาทำให้ไตของกระต่ายมีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิการเปลี่ยนแก้วของ - 122 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 10 นาทีก่อนละลายน้ำแข็งและย้ายไปยังกระต่ายที่อาศัยอยู่เป็นเวลา 48 วันก่อนที่มันจะถูกฆ่าเพื่อตรวจสอบ
“ มันเป็นครั้งแรกที่อวัยวะสำคัญที่มีการช่วยชีวิตภายหลังได้รับการแช่แข็งและปลูกถ่าย” Fahy กล่าว "มันเป็นข้อพิสูจน์ว่ามันเป็นข้อเสนอที่สมจริง"
แต่ไตไม่ทำงานเช่นเดียวกับเวอร์ชันที่มีสุขภาพดีส่วนใหญ่เป็นเพราะไขกระดูกส่วนหนึ่งใช้เวลานานในการดูดซับสารละลาย cryoprotectant ซึ่งหมายความว่าน้ำแข็งบางส่วนก่อตัวขึ้นในระหว่างการละลายน้ำแข็ง
“ แม้ว่าเราจะมีวิญญาณที่ดี แต่เราก็รู้ว่าเราต้องปรับปรุง” Fahy กล่าวเสริม
“ นั่นคือสิ่งที่เราใกล้เคียงที่สุด” เทย์เลอร์กล่าวเพิ่มข้อความเตือน "นั่นเป็นมากกว่า 10 ปีที่ผ่านมาและหากเทคนิคนั้นแข็งแกร่งเพียงพอแล้วก็ควรมีการรายงานและการติดตามผลการศึกษาเพื่อพิสูจน์สิ่งที่ไม่มีอยู่จริง"
ส่วนความคืบหน้าได้ช้าส่วน Fahy กล่าวเพราะมันหยุดผลิตสารเคมีที่เป็นส่วนสำคัญของวิธีการของเขา อย่างไรก็ตามกลุ่มของเขาฟื้นคืนชีพและก้าวไปข้างหน้า: ในการประชุมประจำปีของสมาคม Cryobiology Society ในปี 2013 Fahy เสนอวิธีการที่ช่วยให้สายโหลดได้เร็วขึ้นด้วย cryoprotectants
แม้จะมองโลกในแง่ดีของ Fahy เป็นที่ชัดเจนว่าเมื่อพูดถึงการรักษาอวัยวะขนาดใหญ่การให้ความไวทำให้เกิดความท้าทายที่น่ากลัว เริ่มต้นด้วยการใช้ความเข้มข้นสูงของ cryoprotectants (อย่างน้อยห้าครั้งใหญ่กว่าในการทำความเย็นช้าแบบธรรมดา) ที่สามารถวางยาพิษเซลล์และเนื้อเยื่อที่พวกเขาควรจะปกป้อง
ปัญหานี้ทวีความรุนแรงมากขึ้นด้วยเนื้อเยื่อที่มีขนาดใหญ่ขึ้นเนื่องจากต้องใช้เวลาในการบรรจุสารเพิ่มขึ้นซึ่งหมายถึงเวลาในการระบายความร้อนช้าลงและโอกาสในการได้รับสารพิษเกิดขึ้น นอกจากนี้หากการทำความเย็นเร็วเกินไปหรืออุณหภูมิต่ำเกินไปรอยแตกอาจปรากฏขึ้น
กระบวนการให้ความร้อนที่ละเอียดอ่อนมากนี้นำเสนออุปสรรคมากขึ้น หากชิ้นงานที่ผ่านการแช่แข็งไม่ได้ให้ความร้อนอย่างรวดเร็วหรือสม่ำเสมอความเป็นแก้วจะทำให้เกิดการตกผลึกซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าการเบี่ยงเบนทางเคมีและอาจทำให้เกิดการแตกได้อีกครั้ง
(สิ่งนี้) เป็นความท้าทายที่เรายังไม่สามารถเอาชนะได้ "จอห์นบิสฮอฟผู้เชี่ยวชาญด้าน cryobiologist และวิศวกรของมหาวิทยาลัยมินนิโซตากล่าว" ปัจจัยที่ จำกัด คือความเร็วและความสม่ำเสมอซึ่งเราสามารถละลายได้ "และนั่นก็เป็นเพราะ ความร้อนมักเกิดขึ้นจากภายนอกสู่ภายใน
ปีที่แล้วบิชอฟและนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาไมเคิลอีเธอริดจ์เสนอวิธีการแก้ปัญหา: เพิ่มอนุภาคนาโนแม่เหล็กลงในสารละลาย cryoprotectant
แนวคิดก็คืออนุภาคจะกระจายตัวผ่านเนื้อเยื่อและเมื่อถูกความตื่นเต้นจากสนามแม่เหล็กทำให้ความร้อนทุกอย่างรวดเร็วและสม่ำเสมอ ทั้งคู่กำลังทำงานกับเทย์เลอร์และเพื่อนร่วมงานของเขาเพื่อทดสอบวิธีการในหลอดเลือดแดงของกระต่าย
น้ำแข็งในการกระทำ
ส่วนใหญ่แล้วความก้าวหน้าในสาขานั้นมาจากการลองผิดลองถูก: การทดสอบการรวมกันของการแก้ปัญหาและวิธีการแช่แข็งและการละลาย
แต่นักวิจัยก็เริ่มที่จะใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีใหม่เพื่อตรวจสอบอย่างใกล้ชิดว่าน้ำแข็งมีพฤติกรรมอย่างไรในเซลล์และเนื้อเยื่อ
หากเข้าใจกระบวนการอย่างละเอียดสามารถคาดหวังได้ว่าวิธีการที่เป็นนวัตกรรมและมีประสิทธิภาพมากขึ้นสามารถออกแบบให้ควบคุมได้
ในช่วง 12 เดือนที่ผ่านมามีความก้าวหน้าที่สำคัญในด้านนี้ Taylor ซึ่งทำงานร่วมกับ Yoed Rabin วิศวกรเครื่องกลที่ Carnegie Mellon University ใน Pittsburgh ได้เปิดตัวอุปกรณ์ใหม่ที่ช่วยให้มองเห็นภาพความร้อนสีเต็มรูปแบบความละเอียดสูงบนผ้าที่มีปริมาณมาก
ในขณะเดียวกัน Jens Karlsson จากมหาวิทยาลัยวิลลาโนวาในรัฐเพนซิลวาเนียเพิ่งได้จับภาพลำดับการเคลื่อนที่ด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบเคลื่อนไหวช้าพิเศษจากช่วงเวลาที่น้ำแข็งเข้าสู่หลุมเล็ก ๆ ระหว่างเซลล์ที่ถูกผูกไว้สองเซลล์แล้วทำให้เกิดการตกผลึกภายใน
มุมมองของวิธีการเหล่านี้สามารถนำความคิดใหม่เกี่ยวกับวิธีการจัดการกระบวนการแช่แข็ง Karlsson พูดว่าผู้ที่พยายามคิดวิธีการแช่แข็งเนื้อเยื่อผ่านการควบคุมอย่างระมัดระวังของการแช่แข็งและละลายกระบวนการมากกว่า ของ vitrification
ความเป็นไปได้อย่างหนึ่งคือการออกแบบทางพันธุกรรมของเซลล์ที่สามารถโน้มน้าวให้เกิดรอยแยกของเซลล์และเซลล์ที่มีความสามารถในการต่อต้านการเก็บรักษาด้วยการแช่แข็ง ภารกิจต่อไปคือหาวิธีที่จะควบคุมการก่อตัวของน้ำแข็งนอกเซลล์เพื่อไม่ให้กระทบต่อการทำงานของอวัยวะ
Karlsson ยินดีที่จะใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ของกระบวนการแช่แข็งเพื่อทดสอบโปรโตคอลที่เป็นไปได้หลายล้านรายการได้อย่างมีประสิทธิภาพ
"เราต้องการเครื่องมือประเภทนี้เพื่อเร่งความคืบหน้า" Karlsson กล่าวซึ่งเปรียบเทียบภารกิจกับ "พยายามเข้าถึงดวงจันทร์ด้วยเงินเพียงเสี้ยวเดียวที่ทุ่มเทให้กับความพยายามนั้น"
แม้จะมีทรัพยากร จำกัด พื้นที่ก็แสดงให้เห็นว่าการเก็บรักษาด้วยความเย็นที่ปราศจากน้ำแข็งนั้นเป็นประโยชน์สำหรับเนื้อเยื่อขนาดเล็กเช่นส่วนของเส้นเลือด “ สิ่งกีดขวางที่ยังคงอยู่และนั่นเป็นสิ่งสำคัญ” เทย์เลอร์กล่าว“ คือการปรับขนาดให้กับอวัยวะของมนุษย์”
สำหรับ Karlsson ผู้ที่สงสัยว่าความพยายามดังกล่าว“ อาจชนเข้ากับกำแพง” ก่อนที่การแช่แข็งจะทำหน้าที่อวัยวะของมนุษย์วิธีการแช่แข็ง (หรือสิ่งที่เขาเรียกว่าวิธีการทำน้ำแข็ง) เป็นตัวแทนของเส้นทางที่เท่าเทียมกัน น่าเชื่อถือยิ่งขึ้นไปสู่ความสำเร็จ
แต่มีความคิดสุดท้ายที่จะต้องดำเนินการอย่างจริงจัง “ ไม่มีเทคนิคการเก็บรักษาด้วยความเย็นที่ช่วยให้รอดชีวิต 100% ของเซลล์องค์ประกอบ” เทย์เลอร์กล่าว
"ในหลาย ๆ แอปพลิเคชั่นนี้สามารถยอมรับได้ แต่สำหรับอวัยวะเดียวนี่อาจหมายถึงการบาดเจ็บในระดับหนึ่งสำหรับการซ่อมแซมหลังจากการเก็บรักษาหรือการปลูกถ่าย"
ในท้ายที่สุดนั่นหมายความว่าไม่ว่าตัวอย่างที่เก็บรักษาไว้จะดีเพียงใดพวกเขาก็มีแนวโน้มที่จะด้อยคุณภาพเมื่อเทียบกับอวัยวะที่ได้มาใหม่
ที่มา:
