في حال كنت بحاجة إلى كلية جديدة أو قلب بديل أو عضو حيوي آخر ، ليس لديك العديد من الخيارات. هذا لأنه عندما يتعلق الأمر بالأعضاء البشرية السليمة لعمليات الزرع التي يمكن أن تنقذ الأرواح ، فهناك فجوة كبيرة بين العرض والطلب.
في الولايات المتحدة ، تم زرع 26،517 عضوًا في عام 2013 ، ولكن هناك أكثر من 120،000 مريض على قائمة الانتظار. ببساطة ، لا توجد تبرعات كافية للجميع.
الأسوأ من ذلك ، في بعض الأحيان تضيع الأعضاء المتاحة لأنها لا تملك الكثير من العمر الافتراضي بمجرد إزالتها من المتبرع.
في الوقت الحالي ، أفضل ما يمكننا فعله هو الاحتفاظ بها في محلول خاص أعلى بقليل من درجة مئوية لمدة يوم أو يومين ، مما لا يتيح الكثير من الوقت للعثور على المرضى الذين يتلقون متلقيات متوافقين تمامًا.
ولكن هناك إجابة محتملة. إذا تمكن العلماء من إيجاد طريقة لتجميد الأعضاء وإعادتهم دون تكبد أضرار ، فربما يمكننا الاحتفاظ بها لمدة أسابيع أو أشهر.
يمكن القيام بنفس الشيء مع الأجهزة المصممة في المختبر ، إذا كنا قادرين على إنشائها. مع وضع ذلك في الاعتبار ، فإن Click Click Organisation Alliance ، وهي مؤسسة خيرية مرتبطة بمختبرات جامعة Singularity في مجمع أبحاث ناسا في كاليفورنيا ، تخطط لإنشاء جائزة مليونير لأولئك الذين يشجعون التقدم في هذا الصدد.
هل من الممكن cryopreserve؟
لذلك ، هل يمكن أن نلمح وقتًا يقوم فيه جراحو زراعة الأعضاء بفتح المجمدات واختيار الكلى أو الكبد أو القلوب للقيام بعمليات إنقاذ الحياة؟
ظل العلماء يقومون بالتجميد أو التجميد الناجح لمجموعات صغيرة من الخلايا البشرية لمدة 40 عامًا.
فهي تحافظ على البويضات والأجنة التي تغمر الخلايا بمحلول ما يسمى بالبروتيكتورات المركَّبة ، والتي تمنع تكوين بلورات الجليد التي يمكن أن تدمر الخلايا وتحميها من الانكماش المميت.
لسوء الحظ ، يواجهون عقبات كبيرة عندما يحاولون تنفيذ هذه العملية على نطاق أوسع ، نظرًا لأن البنية داخل الأعضاء والأنسجة الأكثر تعقيدًا تكون أكثر عرضة للتلف المتعلق بلورات الجليد.
ومع ذلك ، لم تستسلم مجموعة صغيرة من الباحثين وتستعد للتحدي ، في جزء منه ، باتباع أدلة الطبيعة.
على سبيل المثال ، تعيش الأسماك الثلجية في أنتاركتيكا في المياه الباردة جدا عند درجة حرارة -2 درجة مئوية بفضل البروتينات المضادة للتجمد (AFP) ، والتي تقلل من نقطة التجمد في سوائل الجسم وتربط بلورات الثلج لوقف انتشاره.
استخدم الباحثون محاليل تحتوي على أسماك جليد القطبية القطبية (أنتاركتيكا) للحفاظ على قلوب الفئران لمدة تصل إلى 24 ساعة وبضع درجات أقل من الصفر.
ومع ذلك ، في درجات حرارة منخفضة تحدث آثار عكسية في AFPs لهذا الحيوان: فهي تجبر تشكيل بلورات الجليد لإنتاج نقاط حادة تخترق أغشية الخلايا.
مركب مضاد للتجمد آخر تم اكتشافه مؤخرًا في خنفساء ألاسكا يمكنه تحمل -60 درجة مئوية قد يكون أكثر فائدة.
لكن مكونات التجمد وحدها لن تؤدي المهمة. وذلك لأن التجميد يدمر الخلايا أيضًا بالتأثير على تدفق السوائل داخلها وخارجها.
يتشكل الجليد في الفراغات بين الخلايا ، مما يقلل من حجم السائل ويزيد من تركيز الأملاح الذائبة وأيونات أخرى. يندفع الماء من الزنازين إلى الخارج للتعويض ، مما يتسبب في الذبول والموت.
في البويضات والأجنة ، تكون المركبات الحافظة بالتبريد مثل الجلسرين مفيدة للغاية: فهي لا تحل محل الماء لمنع تكوين الجليد داخل الخلايا فحسب ، ولكنها تساعد أيضًا في منع تقلص الخلايا والموت.
المشكلة هي أن هذه المركبات لا يمكن أن تعمل بنفس السحر في الأعضاء. فمن ناحية ، تكون خلايا الأنسجة أكثر عرضة لاختراق الجليد.
وحتى عندما تكون الخلايا محمية ، فإن بلورات الجليد التي تتشكل في الفراغات بينها تدمر الهياكل خارج الخلية التي تربط العضو معًا وتسهل وظيفته.
تزجيج
طريقة واحدة للتغلب على مخاطر الجليد هو منع حدوث ذلك. هذا هو السبب في التزام بعض العلماء بتقنية تسمى التزجيج ، حيث تصبح الأنسجة باردة لدرجة أنها تصبح زجاجًا خالٍ من الجليد.
يتم استخدام هذه الطريقة بالفعل من قبل بعض عيادات الخصوبة وقد أنتجت بعضًا من أكثر النتائج المشجعة حتى الآن فيما يتعلق بالحفاظ على الأنسجة المعقدة.
في عام 2000 ، على سبيل المثال ، قام مايك تايلور وزملاؤه في Cell and Tissue Systems في تشارلستون ، ساوث كارولينا ، بتجميع شرائح بطول 5 سم من الوريد الخاص بالأرانب ، والذي يقع بين الخلايا والأعضاء من حيث وأظهرت التعقيد أنها تحتفظ بمعظم وظائفها بعد التسخين.
بعد ذلك بعامين ، حقق جريج فاهي وزملاؤه في شركة 21st Century Medicine ، وهي شركة أبحاث في مجال الحفظ بالتبريد ومقرها كاليفورنيا ، طفرة: قاموا بتجميد كلية الأرانب ، مما جعلها تحت درجة حرارة انتقال الزجاج - 122 درجة مئوية لمدة 10 دقائق ، قبل إزالة الجليد وزرعها إلى أرنب عاش لمدة 48 يومًا قبل ذبحه لفحصه.
يقول فاهي: "كانت هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها الحفاظ على عضو حيوي مع دعم لاحق للحياة وزرعه". "لقد كان دليلا على أنه كان اقتراحا واقعيا."
لكن الكلى لم ينجح وكذلك نسخة صحية ، وذلك لأن جزءًا معينًا ، النخاع ، استغرق وقتًا طويلاً لامتصاص محلول البرودة ، مما يعني أن بعض الجليد قد تشكلت عليه أثناء إزالة الجليد.
ويضيف فاهي: "على الرغم من أننا كنا في حالة معنوية كبيرة ، إلا أننا كنا نعرف أنه كان علينا أن نتحسن"
يقول تايلور: "هذا هو الأقرب الذي وصلنا إليه" ، مضيفًا ملاحظة تحذيرية. "كان ذلك قبل أكثر من 10 سنوات ، وإذا كانت التقنية قوية بما يكفي ، فكان ينبغي أن يكون هناك تقارير ودراسات متابعة تشهد على النتيجة ، وهو أمر غير موجود".
يقول فاهي إن التقدم كان بطيئًا ، جزئيًا ، لأنه توقف عن إنتاج مادة كيميائية كانت جزءًا أساسيًا من طريقته. ومع ذلك ، فقد استعادت مجموعته الأرض وتقدمت: في الاجتماع السنوي لجمعية علوم الأحياء في عام 2013 ، قدم Fahy طريقة تسمح للحمل بالتحميل بسرعة أكبر باستخدام البروتكتانت.
على الرغم من تفاؤل فاهي ، فمن الواضح أنه عندما يتعلق الأمر بالحفاظ على الأعضاء الكبيرة ، فإن التزجيج يطرح بعض التحديات الهائلة. بادئ ذي بدء ، هناك حاجة لتركيزات عالية من البروتينات (أكبر خمس مرات على الأقل من التبريد البطيء التقليدي) التي يمكن أن تسمم الخلايا والأنسجة التي من المفترض أن تحميها.
تتفاقم المشكلة مع الأنسجة الكبيرة لأن هناك حاجة إلى مزيد من الوقت لتحميل المركبات ، مما يعني أوقات تبريد أبطأ وفرص أكبر للتعرض السام. بالإضافة إلى ذلك ، إذا كان التبريد سريعًا أو يصل إلى درجات حرارة منخفضة جدًا ، فقد تظهر تشققات.
تقدم عملية التسخين الحساسة للغاية المزيد من العقبات. إذا كانت العينة المزججة لا تسخن بسرعة أو بشكل موحد إلى حد ما ، فإن الزجاجية تفسح المجال لبلورة ، وهي عملية تُعرف باسم التعرية ، ومرة أخرى ، يمكن أن يحدث التصدع.
يقول جون بيشوف ، عالم الأحياء والأحياء في جامعة مينيسوتا: "هذا تحدٍ لم نتغلب عليه بعد. العامل المحدد هو السرعة والاتساق الذي يمكننا به تذويبه." وهذا بسبب عادة ما يتم الاحترار من الخارج إلى الداخل.
في العام الماضي ، اقترح Bischof وطالب الدراسات العليا مايكل Etheridge وسيلة لحل المشكلة: إضافة الجسيمات النانوية المغناطيسية إلى حل cryoprotectant.
تكمن الفكرة في أن الجزيئات تنتشر عبر الأنسجة ، وبمجرد أن تحمس من الحقول المغناطيسية ، تسخين كل شيء بسرعة وبشكل متساو. يعمل الثنائي حاليًا مع تايلور وزملاؤه لاختبار الطريقة في شرايين الأرانب.
الجليد في العمل
بالنسبة للجزء الأكبر ، جاءت التطورات في هذا المجال عن طريق التجربة والخطأ: اختبار توليفة من الحلول وطرق التجميد والذوبان.
لكن الباحثين بدأوا أيضًا في الاستفادة من التقنيات الجديدة لدراسة عن كثب كيف يتصرف الجليد في الخلايا والأنسجة.
إذا تم فهم العمليات بالتفصيل ، فمن المتوقع أن يتم تصميم أساليب مبتكرة وأكثر فعالية للتحكم فيها.
في الأشهر الـ 12 الماضية ، كان هناك تقدم كبير في هذا المجال. قدم تايلور ، الذي يعمل مع Yoed Rabin ، وهو مهندس ميكانيكي في جامعة كارنيجي ميلون في بيتسبيرغ ، جهازًا جديدًا يسمح بتصور صور حرارية عالية الدقة كاملة الألوان على الأقمشة كبيرة الحجم.
في هذه الأثناء ، قام جينس كارلسون من جامعة فيلانوفا في ولاية بنسلفانيا مؤخرًا بالتقاط مقاطع فيديو مجهرية بطيئة الحركة منذ اللحظة التي يدخل فيها الجليد في جيوب صغيرة بين خليتين مرتبطين بإحكام ثم يتسبب في تبلورهما.
يقول كارلسون ، الذي يحاول معرفة كيفية تجميد الأنسجة عن طريق التحكم الدقيق في عملية التجميد والذوبان ، إن وجهات نظر هذه الأساليب قد تأتي بأفكار جديدة حول كيفية معالجة عملية التجميد. من التزجيج.
أحد الاحتمالات هو تصميم وراثي للخلايا التي يمكن إقناعها بتكوين تقاطعات خلوية قادرة على مقاومة الحفظ بالتبريد. تتمثل المهمة التالية في إيجاد طريقة لتوجيه تكوين الجليد خارج الخلية بحيث لا يؤثر على وظيفة العضو.
كارلسون على استعداد لاستخدام المحاكاة الحاسوبية لعملية التجميد لاختبار ملايين البروتوكولات الممكنة بشكل فعال.
يقول كارلسون ، الذي يقارن المهمة بـ "محاولة الوصول إلى القمر بجزء ضئيل من الأموال المخصصة لهذا الجهد" نحتاج إلى هذه الأنواع من الأدوات لتسريع التقدم.
حتى مع وجود موارد محدودة ، فقد أظهرت المنطقة أن الحفظ بالتبريد الخالي من الجليد عملي للأنسجة الصغيرة ، مثل شريحة الأوعية الدموية. يقول تايلور: "إن الحاجز الذي يبقى مهمًا ، هو توسيعه ليشمل عضوًا بشريًا".
بالنسبة لكارلسون ، الذي يشك في أن مثل هذه الجهود "قد تصطدم بجدار" قبل أن يخدم التجمد أعضاء الإنسان على الإطلاق ، فإن طرق التجميد (أو ما يسميه الأساليب القائمة على الجليد) تمثل مسارًا متساويًا أو حتى مسارًا أكثر موثوقية نحو النجاح.
ولكن هناك فكرة أخيرة واحدة يجب أن تؤخذ على محمل الجد. يقول تايلور: "لا توجد تقنية للحفظ بالتبريد توفر بقاء الخلايا المكونة بنسبة 100٪".
"في العديد من التطبيقات ، يمكن التسامح مع هذا ، ولكن بالنسبة لعضو واحد يمكن أن يعني هذا درجة كبيرة من الضرر الذي يجب إصلاحه بعد التخزين أو الزرع."
في نهاية المطاف ، هذا يعني أنه بغض النظر عن مدى جودة العينات المحفوظة بالتبريد ، فمن المحتمل أن تكون ذات جودة رديئة مقارنة بالأعضاء المكتسبة حديثًا.
المصدر: www.DiarioSalud.net
