科学家发现如何解冻冷冻保存的器官而不造成伤害的方法

2017/3/10 来源:www.arpun.com 作者:小白
学者近日发展出了一种技术, 可以使经过超低温保存的人类以及猪只样本快速解冻, 组织没有任何损伤;这项技术也许可以让需要器官移植的病人, 不用再漫长地等待。

 

超低温保存能够将生物组织以液态氮的极低温, 长时间冷冻起来, 再将之活化, 而且不会造成任何损伤, 科学家一直努力着, 想要以较大的组织跟器官样本, 来实现这个技术。

 

在科幻小说中我们读过这种神奇的手段, 能够延长人类的寿命, 但其应用上有一个更为实用的层面:只要医院能够掌握这种技术, 便可以将器官长期地安全储藏起来。

 

科学家发现如何解冻冷冻保存的器官而不造成伤害的方法

 

如今, 在美国平均每日有22个人因为等不到可供移植的器官而过世。 其中, 最大的难题不是器官供应的短缺, 而是器官只能冷藏短短的几个小时, 否则就会产生永久性的损伤。

 

这情况意味着, 即便器捐数量充足, 要适时地找到受赠者, 并即时送到手术台上, 还是一项亟待解决的困难。

 

经估计, 每年捐赠的心脏与肺脏, 超过60%最后的命运都是遭到丢弃, 因为只能保存几个小时, 在这与时间的竞赛中, 有极大的机率, 医院无法将器官送达受赠者那儿。

 

科学转译医学期刊中, 由明尼苏达大学的John Bischof所领导的研究团队写道:“那些被丢弃的器官, 只要有一半可以被成功移植, 这就表示着, 在两到三年内, 这些器官的候选移植名单就会不复存在。 ”

 

目前来讲, 更佳的解决方案就是超低温保存, 让器官组织可以在摄氏-80度到-190度(即华氏-112度到-310度)的范围内冷藏。

 

科学家发现如何解冻冷冻保存的器官而不造成伤害的方法

 

在超低温保存的领域中, 一项占领导地位的技术叫做“玻璃化”(vitrification), 能够用摄氏-160(华氏-256度)的低温, 将生物样本冷却至玻璃态(glassy state, 或称混凝态)。 事实上, 玻璃化技术已经被Alcor这样的人体冷冻公司应用于人脑上了。

 

藉由玻璃化的作用, 器官可以被储藏长达数年, 或者更久, 这意味着, 医生可以建立一个可供移植的器官银行, 使得任何需要心脏或肺脏移植的病患不用再苦苦等候。

 

虽然目前我们看似解决了冷冻的难题, 但另一个关卡是, 在解冻器官的过程中, 会产生冰晶, 进而损害组织细胞, 甚至使之破裂。

 

在过去, 科学家曾成功地将小型的组织样本解冻, 但大约只有1毫升的容量大小。 当组织越来越大, 大到接近一整个人类器官的规模时, 目前在冰上缓慢加热的热传导技术, 就徒劳无功了。

 

然而, 现在情势已有所不同, 明尼苏达大学的团队宣称, 他们研发出了一项新的技术, 能够让超低温保存的人类或是猪只样本快速解冻, 而且脆弱的冷冻组织将毫发无损。

 

Bischof说:“这是第一次, 即使面对更大的生物组织, 我们还是能以每分钟摄氏百度以上的速度, 成功且均匀地将保存的组织解冻, 而且不会造成任何损伤。 ”

 

相对于热传导的手法, 其团队使用奈米粒子, 以相同的速率加热整个组织, 所以冰晶便无法形成, 组织也不会受损。

 

为了达到这个效果, 科学家将二氧化硅包覆铁氧化物奈米粒子(silica-coated iron oxide nanoparticles)加入一种溶液中, 并施加一个外部磁场, 好均匀地产生热量。

 

科学家发现如何解冻冷冻保存的器官而不造成伤害的方法

 

之后, 他们将1至50毫升不等的多个人类与猪只组织样本加热, 有些使用的是新的奈米加温技术, 其他则使用传统的缓慢加温法。

 

与控制组不同, 使用奈米粒子加热的组织并无任何受损的迹象。

 

以下你可以看到两者的不同结果, 在红线左侧的是使用奈米加温技术的组别, 而右侧则是控制组:

 

解冻之后, 科学家还能成功地把奈米粒子从样本上沖洗掉。

 

其团队也试着加热一管80毫升的溶液, 其中不含任何组织, 结果显示其加热率跟较小的样本一致, 也代表着这种技术有规模化的可能。

 

团队成员写道:“简单来说, 当需要加热的容量只有1毫升时, 在生物机械试验跟热传导快速加热的可行性上, 奈米加温有同样的效果, 在50毫升时, 奈米加温优于传导加温;而且技术面上, 奈米加温可以将容量提升至80毫升。 ”

 

“在未来, 我们相信奈米加温可以被应用于1公升的容量或者更多、更大的组织或是器官上。 ”

 

以下你可以亲眼看见生物组织在不到一分钟的时间内被解冻的情形:

 

其团队也坦言, 如果更大的组织或是整个器官要解冻的话, 必须把奈米粒子注入到其中, 而不只是环绕着它们, 才能可能均匀地加热, 不过这是他们研究的下一个阶段了。

 

必须提到的是, 研究团队尚未成功地在器官上实现这项技术, 因为器官中组织的排列很复杂, 而且由多个不同类型的组织所构成。

 

这需要很多优化与微调, 所以说, 要让超低温保存的器官重新活跳跳, 还需要一段时间。 但这是第一次, 我们得以见证这么大容量的组织被成功地解冻, 这可是很令科学界兴奋的。

 

这样完整研究被发表在科学转译医学期刊
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