Переохлаждение способствует сохранению тканей человека: даже можно сохранить живым сердечные ткани

pixabay.com

Исследователи владеют патентом Калифорнийского университета на изохорное переохлаждение.

Исследователи из Калифорнийского университета в Беркли успешно восстановили сердечную ткань человека после того, как она хранилась в переохлажденном состоянии в течение одного-трех дней.

Сохраняя сердечную ткань в постоянном объеме в жесткой изохорной камере, исследователи смогли предотвратить образование кристаллов льда, которые могли бы повредить микроклетки сердечной мышцы. Исследователи изучили структурную целостность сердечных клеток и проверили, сохраняет ли ткань нормальные функции, такие как автономное биение и реакция на лекарства и внешние электрические раздражители, пишет medicalxpress.com.

Результаты, описанные в статье, опубликованной 22 сентября в журнале Communications Biology , являются ключевым доказательством концепции криоконсервации переохлажденных тканей.

Метод, который они использовали, называемый изохорным переохлаждением, был впервые применен в лаборатории Бориса Рубинского, профессора Высшей школы Калифорнийского университета в Беркли, почетного профессора биоинженерии и старшего автора исследования.

«Насколько нам известно, это первый в истории отчет о переохлаждении и возрождении автономно работающей сконструированной сердечной мышцы человека», - сказал со-ведущий автор исследования Мэтт Пауэлл-Палм, научный сотрудник лаборатории Рубинского.

Рубинский отметил, что эти результаты имеют краткосрочные последствия для сохранения и транспортировки платформ «орган на чипе», расширяя доступ за пределы нескольких избранных лабораторий, которые могут производить их для исследований и промышленности. «Такие платформы являются ценными инструментами для разработки новых лекарств от болезней сердца и других органов», - сказал он.

Результаты также предполагают, что изохорное переохлаждение может быть жизнеспособным методом в будущем для сохранения донорских тканей и органов, что является сложной задачей, стоящей перед сообществом трансплантологов и областью медицинских исследований, заявили авторы исследования. По оценкам исследователей, семь из 10 грудных донорских органов выбрасываются каждый год из-за невозможности хранить их достаточно долго, чтобы доставить нуждающимся пациентам. Жизнеспособность донорского сердца, например, измеряется часами, что значительно ограничивает количество потенциальных реципиентов, которым может помочь спасительная трансплантация.

«В настоящее время пациенты во Флориде не могут получить сердце или легкое из Калифорнии, потому что орган не выдержит поездки через всю страну», - сказал Пауэлл-Палм.

Решение этих проблем является ключевой задачей Центра инженерных исследований передовых технологий сохранения биологических систем (ATP-Bio), финансируемого в прошлом году Национальным научным фондом. Кевин Э. Хили, профессор биоинженерии, материаловедения и инженерии, является руководителем ATP-Bio в Калифорнийском университете в Беркли и еще одним старшим автором этого исследования.

Не оставляя места для льда

Состояние постоянного объема, характерное для изохорного замораживания, требует, чтобы образец хранился в жидкости в герметичном жестком контейнере без воздуха. В таких условиях не остается места для образования льда, повреждающего клетки, даже при температурах ниже нуля.

Это отличается от обычного изобарического замораживания, при котором материал находится в контакте с атмосферой при постоянном давлении. Образцы замораживаются в твердом состоянии при атмосферном давлении, что также требует больших затрат энергии.

Рубинский отметил, что в предыдущих исследованиях им удавалось охлаждать образцы до минус 22 градусов по Цельсию, сохраняя при этом 40 процентов материала незамерзшими. «Это фундаментальная термодинамика. Когда замораживаемый материал заключен в жесткую коробку, тогда замерзает только часть объема», - сказал он.

Рубинский, Пауэлл-Палм и ученые из Министерства сельского хозяйства США недавно показали, что изохорная заморозка может применяться в пищевой промышленности, что приводит к более качественному сохранению продуктов питания и снижению энергопотребления по сравнению с традиционными методами замораживания.

Исследователи владеют патентом Калифорнийского университета на изохорное переохлаждение, а Пауэлл-Палм является генеральным директором BioChoric Inc., стартапа, работающего над клиническим переводом этого метода.

Успокаивающие результаты

Для этого исследования исследователи использовали сердечную ткань, выращенную из взрослых стволовых клеток, систему «сердце на чипе», которая была разработана в лаборатории Хили в 2015 году. Сердечная ткань бьется с ритмом, сравнимым с ритмом человеческого сердца, и микрофлюидная система системы. каналы воспроизводят то, как клетки подвергаются воздействию питательных веществ и лекарств.

«Недостаточно сказать, что эти биологические образцы пережили переохлаждение», - сказал Хили. «Мы хотели продемонстрировать, что физиологические и метаболические функции остались в основном неизменными».

Исследователи погрузили сердце на чипе в жесткую камеру, заполненную обычным раствором для консервации органов, охлажденным до минус 3 градусов по Цельсию. Они удалили сердечные клетки из раствора через 24, 48 или 72 часа и вернули их к температуре 37 градусов по Цельсию.

Исследование сердечной ткани подтвердило, что изохорическое переохлаждение не изменило структурную целостность сердечной ткани и не повлияло существенно на частоту сердечных сокращений или форму волны сердечных сокращений. В исследовании было отмечено, что наблюдалась небольшая тенденция к увеличению продолжительности сердечных сокращений с более длительными периодами переохлаждения, но физиологическое влияние этого изменения не было ясным.

Они обнаружили, что спонтанное биение возобновлялось для 65-80 процентов чипов сердечной мышцы человека, которые были переохлаждены в течение трех дней. Более того, они не обнаружили существенной разницы, связанной с продолжительностью хранения в переохлажденном состоянии.

«Мы считаем эти проценты относительно высокими для результатов восстановления при сохранении, особенно с учетом внутренней изменчивости этих платформ« сердце на кристалле »и того факта, что криопротекторы не использовались», - сказал Пауэлл-Палм.

Исследователи также обнаружили, что после выхода из криоконсервации сердечная ткань остается чувствительной к изопротеренолу, лекарству, которое приводит к учащению пульса.

Исследователи подчеркнули, что необходима дальнейшая работа, чтобы распространить эти результаты на все органы.

«Технология, используемая для охлаждения тканей, является надежной и надежной, но теперь нам необходимо разработать методы, позволяющие постоянно ее нагревать», - сказал Хили. «Это было проще с мини- сердечными мышцами, которые мы использовали в этом исследовании. Работа с целыми органами потребует больше работы».