Американские медики впервые смогли успешно разморозить кусочки замороженных тканей и органов, не повредив при этом клеток и межклеточной среды, используя наночастицы-«грелки» из оксида железа.
«Нам впервые удалось показать, что мы можем взять крупные образцы биоматерии и быстро разморозить ее, не повреждая тканей, повышая температуры на сотни градусов за минуту. Подобные результаты радуют нас и позволяют надеяться, что в будущем мы сможем создать целые банки замороженных органов для трансплантации», — заявил Джон Бишоф (John Bischof) из университета Миннесоты в Миннеаполисе (США).
Одной из главной проблемой при пересадке органов является то, что почти все органы, в том числе сердце, печень и почки, живут крайне недолго вне живого тела. В среднем, их можно хранить даже при околонулевых температурах лишь несколько часов, после чего их пересадка станет опасной для пациента. Поэтому больше половины потенциальных трансплантатов сегодня выбрасывается в мусорный бак.
Как рассказывает Бишоф, решение этой проблемы очевидно — органы можно заморозить, и разморозить их только тогда, когда в этом появится необходимость. Но не все так просто — при простой заморозке органов и тканей в их клетках начинают формироваться кристаллы воды, в буквальном смысле «разрывающие» мембраны клеток и убивающие их.
Некоторые животные, такие как лягушки или черви, решили эту проблему за человека — в их организме содержится специальное вещество-«антифриз», препятствующее формированию кристаллов и позволяющее таким существам пережить заморозку. Первые синтетические аналоги таких веществ, превращающие замороженные органы в своеобразное ледяное «стекло», были созданы два десятилетия назад.
Однако и в данном случае ученые столкнулись с новыми проблемами — оказалось, что правильно разморозить орган так же сложно, как и заморозить его, и эта проблема до сих пор не была полностью решена — в лучшем случае выживает около 80% клеток, чего недостаточно для нормальной работы любого органа. Бишоф и его коллеги добились 100% результата и сделали последний шаг на пути к неограниченному хранению органов, создав своеобразный обратный антипод технологии мгновенной заморозки.
Проблема при разморозке органов, по словам Бишофа, заключается в том, что замороженные ткани разогреваются неравномерным образом, в результате чего их клетки и они сами в целом трескаются и разваливаются на части. Соответственно, если бы существовала технология равномерной и очень быстрой разморозки, то тогда бы эта проблема была бы решена.
Ученые из университета Миннесоты нашли ответ на этот вопрос в мире наночастиц. Они обратили внимание на то, что микроскопические фрагменты железа и многих других металлов можно нагреть до сверхвысоких температур в сотни и тысячи градусов Цельсия, облучая их радиоволнами или микроволнами. Сегодня такие наночастицы ученые используют для «выжигания» раковых опухолей, где они быстро накапливаются после ввода в организм.
Оказалось, что эти же самые наночастицы можно применять для «мгновенной разморозки» органов. Как рассказывают медики, добавление даже небольшого числа наночастиц в ткани защищает их клетки от повреждений и позволяет разморозить их буквально за минуту, повысив температуру с минус 160 градусов Цельсия до комнатной температуры за мгновение ока.
Работу этой методики ученые продемонстрировали, заморозив и разморозив несколько сердечных клапанов и артерий, извлеченных из сердца свиней. Как показали опыты с ними, ткани и органы были лишены повреждений и в целом не отличались по структуре от других частей сердца, не подвергавшихся заморозке.
Сейчас данная технология, как признают Бишоф и его коллеги, еще не пригодна для заморозки больших органов — все опыты велись на небольших кусочках ткани, чья масса не превышала 50 миллиграмм. Тем не менее, американские исследователи уверены, что им удастся адаптировать данную методику и для разморозки образцов массой в килограмм и объемом в литр, и считают, что технология будет работать и за этими пределами.