הקדמה: ההבטחה של Cryopreservation בהנדסת איברים

Cryopreservation הוא אחד הטכנולוגיות הטרנספורמציות ביותר ברפואה המודרנית, המציע מסלול לטפל במחסור הקריטי של איברים קיימא להשתלה.על ידי הפסקת זמן ביולוגי בטמפרטורות Cryogenic, טכניקה זו משמרת רקמות מורכבות כגון לבבות, כליות, כבדות, המאפשר אחסון במשך שבועות, חודשים, או אפילו שנים.

מה זה Cryopreservation?

Cryopreservation מתייחס לתהליך של קירור חומרים ביולוגיים לטמפרטורות תת-אפס - באופן חד-משמעי באמצעות חנקן נוזלי ב- 196 מעלות צלזיוס - כדי לעצור את כל הפעילות המטבולית והביוכימית הזו, בטמפרטורות קיצוניות אלה, תנועה מולקולרית למעשה מפסיק, למנוע השפלה נזימטית, צמיחה מיקרוביאלית, ושפל מבני כבר בשימוש נרחב לשימור זרע, עוברים, תאים גזעיים, וכן לאיברים ייחודיים, אך ורקמות.

המפתח ל Cryopreservation מוצלח הוא בשליטה על היווצרות קרח.במהלך הקפאה, מים בתוך תאים יכולים להתגלגל, גרימת נזק בלתי הפיך לממברינים תאים, אברים, ומכמניות נוספות.כדי להילחם בזה, מדענים משתמשים בסוכני Cryoprotective (CPAs) - תואמים כמו platol sulfoxide (DMSO), גליגליקול, ו- ethyleneol תאים רעילים, תוך כדי מקפיאים, לחץ על פני כל לחץ על פני הרקמות גבוהה.

יישומים בהנדסת איברים

הנדסה של איברים שואפת לגדול איברים פונקציונליים במעבדה, בדרך כלל באמצעות פיגומים decellized זרעed תאים מתוחכמים המטופל. Cryopreservation ממלא תפקיד חיוני בשלבים מרובים של תהליך זה: שמירה על איברים התורם לפני decellization, אחסון פיגומים תאיים, ורקמות בנקאות ממונדס עד להשתלת.

שימור איברים Native Transplantation

כיום, איברים תורמים מאוחסנים באמצעות אחסון קר סטטי על קרח או על היתוך מכונה, אשר מרחיב את הכדאיות למשך כמה שעות בלבד (למשל, 4-6 שעות ללבבות, 12-24 שעות לכליות) Cryopreservation יכול להאריך את החלון הזה לשבוע או חודשים, ומאפשר התאמה טובה יותר HLA, הכנה סבלנית, ותחבורה למרכזים מרוחקים.

בנקאות מאורגנת

כדי שהנדסת איברים תהפוך למציאות קלינית שגרתית, יש להיות מערכת חזקה לאחסון והפצת רקמות המיוצרות. Cryopreservation מאפשר יצירת ביובנקים איברים, שבו לבבות מהונדסים, כבד או כליות ניתן לממציא, לבחון בטיחות, ונשלח על הביקוש.זה מקבילים את המודל הנוכחי של איברים השתלות אבל עם מוצרים מהונדסים.

תמיכה במחקר ובבדיקות סמים

רקמות מונדסות מכוערות גם הן בלתי הולמות למחקרים תרופתיים ובדיקת רעילות.איברים אנושיים וצ'יפס רקמות המחקות כבד, לב או תפקוד הכליות ניתן להקפיא ולהכניס ניסויים הניתנים להתחדשות, צמצום הצורך במודלים בעלי חיים ופיתוח תרופות מאיץ.

אתגרים ב Cryopreworth Whole Organs

שימור איבר שלם שונה באופן יסודי משמירה על תאים או רקמות דקות.יש להתגבר על המכשולים הבאים:

תצורת קרח

גבישי קרח נשאר הגורם העיקרי של Cryoinjury. גם עם רו"ח, קרח יכול להיווצר בחלל החוץ סלולרי או בתוך תאים במהלך קירור והתחממות. Vitrification - solidification לתוך מצב זכוכית ללא קרח - זה, אבל השגת vitrification באיברים גדולים דורש ריכוזים גבוהים מאוד רו"ח ושיעורי קירור מהירים, שקשה להשיג באופן אחיד.

Thermal Gradients ו- מכני מתח

במהלך קירור והתחממות, ⁇ טמפרטורה להתפתח על פני עובי של האיבר. ⁇ אלה לגרום הרחבה שונה התכווצות, המוביל סדק או fracturing של הרקמות.הבעיה מורכבת איברים גדולים, צפופים כמו הכבד או הכליה. איטי, פרוטוקולים קירור מבוקרים ושיטות התחממות אופטימיזציה (למשל, ננורור באמצעות חלקיקים מגנטיים) מפותחים כדי להפחית את זה.

אנגלית: Cryoprotectant Toxicity

ריכוזים גבוהים של רו"ח הם רעילים לתאים, במיוחד כאשר זמני החשיפה ממושכים. החוקרים חייבים לאזן הגנה מפני קרח עם רעילות כימית. רו"ח חדש, שילובי רו"ח, ופרוטוקולים טעינה או עומס צעדים שמטרתם למזער את הנזק. לדוגמה, באמצעות תערובת של רו"ח יכול להפחית את הרעילות האישית תוך שמירה על הגנה מפני בכי.

המונחים: Perfusion

מתן פתרון מכווצ באמצעות רשת כלי הדם של האיבר הוא חיוני.אין היתוך מוחלט משאיר אזורים לא מוגנים הסובלים מנזקי קרח.מכונות היתוך שדמיינו את זרימת הפיזיולוגית משמשים להשגת הפצת רו"ח הומוגנית.

קידום אחסון: Vitrification ו-Nanowarming

פריצות דרך האחרונות דחפו את השדה קרוב יותר ל Cryopreservation של האיבר הקליני.ההתפתחויות המבטיחות ביותר כרוכות בפירוק משולב עם התאוששות מהירה, אחידה.

המונחים: the Glassy State

Vitrification משתמשת ריכוזי רו"ח גבוהים (בדרך כלל 40-60% w/v) וקירור מהיר (מאות מעלות לדקה) כדי לחזק רקמות ללא קרח גבישי.המצב המכוסה של המדינה שומר מבנים סלולריים ותוספתיים עם נזק מינימלי.איברים כגון כליות ועצמות חולדה כבר מוכו בהצלחה וניתחו לאחר החלמה, עם תפקוד מחדש, עם זאת, משוחזר, לגודל אנושי נשאר אתגר.

טכנולוגיית ננורינג

אחת ההתפתחויות המרגשות ביותר היא ננוווארמינג, חלוצי על ידי חוקרים מאוניברסיטת מינסוטה. Silica-coated ברזל חלקיקים ננו-חלקיקים מתווספים לפתרון ה- CPA וחדור לתוך האיבר.כאשר שדה מגנטי משתנה מוחל, חלקיקים oscillate, מייצרת חום אחיד ומהיר ברחבי האיבר.זה מתגבר על הטמפרטורות כי גורם סדקים זה כבר התחממות אנושית.

תשתיות Biobanking

בנקאות ביולוגית של איברים המאוחסנים באיברים משומרים הופכת למציאות.ה-FLT:0 Organ Procurement ו Transplantation NetworkIRLT:1 וסוכנויות אחרות חוקרות כיצד לשלב אחסון ארוך טווח למערכת ההשתלה.

פרספקטיבה עתידית

ההתכנסות של כישוף עם הנדסה של איברים, רפואה רגנרטיבית, וננוטכנולוגיה מבטיחה לחולל מהפכה בהשתלת השתלות במהלך העשור הבא, אנו עשויים לראות את הניסויים הקליניים הראשונים של כליות אנושיות או כבדות מאוחסנות בביוטכנולוגיה.מחקר נוסף יתמקד בנוסחאות רו"ח קידוד, צמצום הרעילות, ופיתוח טכנולוגיות התחממות יעילות.

שיקולים אתיים והמשפטיים

כמו בכל טכנולוגיה מתפתחת, זעקות מעלה שאלות אתיות.מי תהיה גישה לאיברים משודרים?כיצד איכות ובטיחות יוסדרו?- TheFLT:0) ,0) ארגון הבריאות העולמי (World Health OrganizationofLT:1) וגופים רגולטוריים לאומיים מתחילים לפתח מסגרות עבור איברים מהונדסים ואחסון לטווח ארוך.

שילוב עם 3D Bioprinting

הדפסה ביולוגית של איברים היא עוד גבול. Cryopreservation של מבנים מוטבעים ביולוגית חיוני ליצירת רקמות מדף-החצי. חוקרים כבר בודקים Cryopreservation של רשתות פולשניות מוטבעות ביו-כבד ורקמות דמויות כבד. השילוב של ביו-printing ו Cryopreservation יכול לאפשר ייצור ואחסון של איברים ספציפיים לחולה.

מסקנה

Cryopreservation כבר לא חזון רחוק; זהו תחום פעיל של מחקר ופיתוח כי הוא מתקדם במהירות לקראת יישום קליני. על ידי להתגבר על האתגרים של היווצרות קרח, מתח תרמי, ו רעילות רו"ח באמצעות חידושים כגון vitrification וננורינג, מדענים מניחים את הקרקע עבור תקופה חדשה בהשתלת איברים מקומיים מאוחסנים בביוטכנולוגיה יספקו דרישה קבועה, על אספקת חיים של עשרות שנים.