快速无损解冻,20年前被冷冻的人们即将醒来

时间:2017-03-11 10:25:04
频道:科技之光
作者:晴空飞燕

快速无损解冻,20年前被冷冻的人们即将醒来,科学家研发出了一种新技术,使得他们在不破坏组织的情况下,快速解冻冷冻的人体组织和猪组织的样本——这项研发能够帮助人们摆脱等待器官移植的烦恼。这意味着通过快速无损解冻,20年前被冷冻的人们或即将醒来。

 

图片来源:Elena Pavlovich

  科学家研发出了一种新技术,使得他们在不破坏组织的情况下,快速解冻冷冻的人体组织和猪组织的样本——这项研发能够帮助人们摆脱等待器官移植的烦恼。

  低温储藏能够使组织在液氮温度下进行长时间储存以及无损恢复。并且,这是几十年来科学家一直希望在大型组织样本和器官上实现的梦想。

  如果能实现这样的梦想,这将不仅是科幻小说中的长寿之术在现实中的应用,还会更可行,因为这项技术使医院能够安全地将器官进行长期保存。

  现在,在美国平均每天有22个人在等待器官移植的过程中去世。最大的挑战之一并不是器官的短缺——问题的症结在于,器官只能在冰袋中保存几个小时,否则就会产生不可逆转的损坏。

  这意味着,尽管捐赠的器官数量足够,人们还是面临着巨大的后续问题——人们很难找到与器官匹配的受体,也很难将器官快速送到他们身边。

  据估计,每年人们扔掉了超过60%的为移植而捐献的肺脏和心脏,因为肺脏和心脏在冰袋中的保存时间不超过四个小时,这样一来,我们就很难及时将器官移植到病人体内。

  “只要有一半的被抛弃的器官能够得以有效移植,那么等待器官移植的名单会在两到三年之内消失。” 来自明尼苏达大学的研究团队领导者John Bischof将这次的研究成果发表在《科学转化医学期刊》上。

  更好的解决方法是低温储藏——将组织保存在零下80摄氏度到零下190摄氏度的温度中。

  玻璃化冷冻是最主要的低温储藏技术之一——这意味着用超冷冻的方法使生物样本进入约零下160摄氏度的玻璃化状态。实际上, Alcor等冷冻公司已经把玻璃化冷冻法应用于人类大脑的储存。

  通过玻璃化冷冻的方式,我们能将器官保存几年甚至更长的时间。这意味着医生可以建立一个器官库,这将使得任何需要心脏和肺脏器官的人更为方便快捷地获得器官。

  然而,虽然我们解决了冷冻的问题,另外的问题是解冻过程会导致冰晶形成并损坏组织,而组织也可能在化冻的过程中破碎。

  过去,研究人员成功展现了解冻的过程可以在体积约为1毫升的小型组织样本中发生。但是,随着组织体积的增大到和人类的器官类似的大小,现在领先的对流技术——用缓慢的方法解冻——就不管用了。

  这种状况现在就要改变了,明尼苏达大学的研究团队宣布研发出来了一种新的科技。这种科技允许科学家在不损毁冷冻组织的情况下,快速解冻人体组织和猪组织的样本。

  “这是第一次任何人都能够处理大一些的生物体系统,在一分钟内,成功、快速而均匀地在不损坏组织的情况下,将组织的温度提升几百摄氏度。” Bischof 说。

  研究团队使用微粒子法代替对流法对组织均匀地进行加热,这样冰晶就不会形成,组织也不会毁坏。

  图片来源:Manuchehrabadi et al., Science Translational Medicine (2017)

  为了达到这一目标,科学家将硅镀层的氧化铁颗粒与一种溶液混合,通过使用外部磁场,这种混合物会产生一种均匀的热量。

  接着,他们利用新的微粒子解冻法和传统的慢速解冻法分别解冻1-50毫升的人类和猪的组织样本。

  和控制组的样本不同的是,每次用微粒子法解冻的组织不会呈现出任何伤害。

  你可以看看下面的对比,用微粒子法解冻的组织在红线的左边,控制组则在右边:

  图片来源:Manuchehrabadi et al., Science Translational Medicine (2017)

  接着,在融化后,人们很容易把微粒子从样本中洗掉。

  研究团队也尝试加热一个80毫升的容器,但这个容器里没有任何组织的存在。研究人员发现,对80毫升的容器进行解冻所得到的关键数据也与小一些的样本容积相似。这意味着, 这种技术是可以规模化的。

  “简单地说,在1毫升的样本中,微粒子解冻法和快速对流解冻法的可行性及生物力学测试相当;在50毫升的样本中,微粒子解冻法优于快速解冻法;从物理上来说,样本扩展为80毫升时,微粒子解冻法的优势仍然存在。” 研究团队写道。

  “将来,我们相信可以微粒子解冻法可以应用于1升甚至更大的组织和器官中。”

  研究团队承认,如果需要解冻大型的组织,甚至是整个器官就必须向器官或组织里注射微粒,而不仅是将组织和器官浸泡在粒子周围。这样能达到均匀加热的目的。这就是研究团队下一步要做的事。

  亟需注意的一点是:研究团队目前并没有成功地将这项技术运用在器官上。因为器官是由不同种类的组织以复杂的方式排列起来的。

  对于这项研究,我们需要做很多的优化和调整。因此,要成功地解冻低温储藏的器官,我们还需要走很长的路。但是,这是人类第一次将体积这么大的组织成功从低温储藏的状态中解冻,这是非常激动人心的。

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