圖片來源：Elena Pavlovich
科學(xué)家研發(fā)出了一種新技術(shù)，使得他們在不破壞組織的情況下，快速解凍冷凍的人體組織和豬組織的樣本——這項研發(fā)能夠幫助人們擺脫等待器官移植的煩惱。
低溫儲藏能夠使組織在液氮溫度下進行長時間儲存以及無損恢復(fù)。并且，這是幾十年來科學(xué)家一直希望在大型組織樣本和器官上實現(xiàn)的夢想。
如果能實現(xiàn)這樣的夢想，這將不僅是科幻小說中的長壽之術(shù)在現(xiàn)實中的應(yīng)用，還會更可行，因為這項技術(shù)使醫(yī)院能夠安全地將器官進行長期保存。
現(xiàn)在，在美國平均每天有22個人在等待器官移植的過程中去世。最大的挑戰(zhàn)之一并不是器官的短缺——問題的癥結(jié)在于，器官只能在冰袋中保存幾個小時，否則就會產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的損壞。
這意味著，盡管捐贈的器官數(shù)量足夠，人們還是面臨著巨大的后續(xù)問題——人們很難找到與器官匹配的受體，也很難將器官快速送到他們身邊。
據(jù)估計，每年人們?nèi)拥袅顺^60%的為移植而捐獻的肺臟和心臟，因為肺臟和心臟在冰袋中的保存時間不超過四個小時，這樣一來，我們就很難及時將器官移植到病人體內(nèi)。
“只要有一半的被拋棄的器官能夠得以有效移植，那么等待器官移植的名單會在兩到三年之內(nèi)消失。” 來自明尼蘇達大學(xué)的研究團隊領(lǐng)導(dǎo)者John Bischof將這次的研究成果發(fā)表在《科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)期刊》上。
更好的解決方法是低溫儲藏——將組織保存在零下80攝氏度到零下190攝氏度的溫度中。
玻璃化冷凍是最主要的低溫儲藏技術(shù)之一——這意味著用超冷凍的方法使生物樣本進入約零下160攝氏度的玻璃化狀態(tài)。實際上， Alcor等冷凍公司已經(jīng)把玻璃化冷凍法應(yīng)用于人類大腦的儲存。
通過玻璃化冷凍的方式，我們能將器官保存幾年甚至更長的時間。這意味著醫(yī)生可以建立一個器官庫，這將使得任何需要心臟和肺臟器官的人更為方便快捷地獲得器官。
然而，雖然我們解決了冷凍的問題，另外的問題是解凍過程會導(dǎo)致冰晶形成并損壞組織，而組織也可能在化凍的過程中破碎。
過去，研究人員成功展現(xiàn)了解凍的過程可以在體積約為1毫升的小型組織樣本中發(fā)生。但是，隨著組織體積的增大到和人類的器官類似的大小，現(xiàn)在領(lǐng)先的對流技術(shù)——用緩慢的方法解凍——就不管用了。
這種狀況現(xiàn)在就要改變了，明尼蘇達大學(xué)的研究團隊宣布研發(fā)出來了一種新的科技。這種科技允許科學(xué)家在不損毀冷凍組織的情況下，快速解凍人體組織和豬組織的樣本。
“這是第一次任何人都能夠處理大一些的生物體系統(tǒng)，在一分鐘內(nèi)，成功、快速而均勻地在不損壞組織的情況下，將組織的溫度提升幾百攝氏度。” Bischof 說。
研究團隊使用微粒子法代替對流法對組織均勻地進行加熱，這樣冰晶就不會形成，組織也不會毀壞。
圖片來源：Manuchehrabadi et al., Science Translational Medicine (2017)
為了達到這一目標(biāo)，科學(xué)家將硅鍍層的氧化鐵顆粒與一種溶液混合，通過使用外部磁場，這種混合物會產(chǎn)生一種均勻的熱量。
接著，他們利用新的微粒子解凍法和傳統(tǒng)的慢速解凍法分別解凍1-50毫升的人類和豬的組織樣本。
和控制組的樣本不同的是，每次用微粒子法解凍的組織不會呈現(xiàn)出任何傷害。
你可以看看下面的對比，用微粒子法解凍的組織在紅線的左邊，控制組則在右邊：
圖片來源：Manuchehrabadi et al., Science Translational Medicine (2017)
接著，在融化后，人們很容易把微粒子從樣本中洗掉。
研究團隊也嘗試加熱一個80毫升的容器，但這個容器里沒有任何組織的存在。研究人員發(fā)現(xiàn)，對80毫升的容器進行解凍所得到的關(guān)鍵數(shù)據(jù)也與小一些的樣本容積相似。這意味著， 這種技術(shù)是可以規(guī)模化的。
“簡單地說，在1毫升的樣本中，微粒子解凍法和快速對流解凍法的可行性及生物力學(xué)測試相當(dāng)；在50毫升的樣本中，微粒子解凍法優(yōu)于快速解凍法；從物理上來說，樣本擴展為80毫升時，微粒子解凍法的優(yōu)勢仍然存在。” 研究團隊寫道。
“將來，我們相信可以微粒子解凍法可以應(yīng)用于1升甚至更大的組織和器官中。”
研究團隊承認，如果需要解凍大型的組織，甚至是整個器官就必須向器官或組織里注射微粒，而不僅是將組織和器官浸泡在粒子周圍。這樣能達到均勻加熱的目的。這就是研究團隊下一步要做的事。
亟需注意的一點是：研究團隊目前并沒有成功地將這項技術(shù)運用在器官上。因為器官是由不同種類的組織以復(fù)雜的方式排列起來的。
對于這項研究，我們需要做很多的優(yōu)化和調(diào)整。因此，要成功地解凍低溫儲藏的器官，我們還需要走很長的路。但是，這是人類第一次將體積這么大的組織成功從低溫儲藏的狀態(tài)中解凍，這是非常激動人心的。
責(zé)編：科普知識網(wǎng)