Dondurulmuş dokuların, zarar görmeden çözülmesi mümkün mü?

Kriyoprezerasyon, dokuları sıvı nitrojen -196 °C  sıcaklığında uzun süre koruyan ve hasar görmeden geri getiren bir yöntem. Bu, bilim adamlarının yıllardır organların ve büyük dokuların korunması için hayal ettiği bir durum.

Kriyoprezervasyon; bilim kurgu romanlarında okuduğumuz ömür uzatma uygulamaları için değil de daha makul bir sebep için isteniyor, çünkü bu teknoloji organların uzun süre güvenli bir şekilde saklanmasının yolunu açabilir.

Şu anda Amerika’da organ nakli beklerken günde ortalama 22 kişi ölüyor. Organ nakillerindeki en büyük sıkıntılardan biri organ yetersizliği değil, organların geri dönülmeyecek şekilde hasar görmeden buzun içinde birkaç saatten daha uzun süre saklanamıyor olmaları.

Yeteri kadar organ bağışı olduğunda bile uygun alıcı bulunması ve organların onlara yeteri kadar hızlı ulaştırılması konusunda büyük lojistik problemler yaşanıyor.

Her yıl organ bağışı için bağışlanan kalp ve akciğerlerin %60’ından fazlası 4 saatten daha uzun süre buzda tutulamadığı ve zamanında ihtiyaç duyulan hastalara verilemediği için atılıyor.

Minnesota Üniversitesi’nden Bischof liderliğindeki araştırmacılara göre, “Eğer atılan organlardan yarısı nakil edilebilseydi, bu organ bekleme listesi iki ila üç yıl içinde büyük oranda azalacaktı.”

Kriyoprezervasyonla dokuyu -80°C ile -190°C derece aralığındaki sıcaklıkta muhafaza etmek iyi bir çözüm olabilir.

Önemli kriyoprezervasyon tekniklerinde biri -160°C sıcaklıkta (-256 Fahrenhayt) biyolojik numuneleri camsı hale getiren vitrifikasyon yöntemidir.

Aslında vitrifikasyon; Alcor gibi kriyojenik şirketler tarafından insan beyni için kullanılmaktadır.

Vitrifikasyon sayesinde, organlar yıllarca ve potansiyelini koruyarak uzun süre saklanabilecek, bu da doktorların mevcut organlardan bir banka inşa etmesini ve kalp ya da akciğer ihtiyacı olan kişiler için hemen bir tane bulunmasını kolaylaştıracak.

Ancak soğutma kısmını aşağıya çekmeyi başardıkça, çözülme süreci buz kristallerinin oluşmasına, bu kristallerin dokuya zarar vermesine ve potansiyel olarak çözülme işlemi sırasında bile çatlamasına neden olabilir.

Daha önce araştırmacılar, çözülmenin, hacim olarak yaklaşık 1 ml'ye kadar küçük doku parçalarında gerçekleşebildiğini başarıyla gösterdi. Ancak doku büyüdüğünde ve tüm insan organlarının boyutlarına yaklaştığında, şu anki konveksiyon tekniği - buz üzerinde yavaş yavaş ısınma - çalışmıyor.

Minnesota ekibi, hassas dondurulmuş dokulara zarar vermeden kriyojenik olarak işlenmiş insan ve domuz doku numunelerini hızla geri ısıtmalarına izin veren yeni bir tekniğin geliştirildiğini duyurmasıyla bu durum değişebilir.

Bischof “Bu çalışma herhangi bir dokuya zarar verilmeden, biyolojik sisteme göre ölçeklenebilen, başarıya ulaşan, hızlı ve korunan dokunun dakikada yüzlerce derece eşit şekilde ısıtılabildiği ilk sefer.” dedi.

Ekip, konveksiyonu kullanmak yerine dokuları aynı hızda bir kerede ısıtmak için nanoparçacık kullandı; bu sayede buz kristallerinin oluşası önlendi, böylece dokularda oluşan hasarın önüne geçildi.

 

Bunu yapmak için araştırmacılar, silis kaplı demir oksit nanoparçacıkları bir çözeltiyle karıştırdılar ve harici bir manyetik alan uygulayarak homojen bir ısı ürettiler.

Daha sonra, yeni nano ısınma tekniği ve buz üzerindeki geleneksel yavaş yavaş ısıtma yöntemlerini kullanarak, 1 ila 50 ml arasında değişen birkaç insan ve domuz dokusu örneğini ısıttılar.

Her seferinde, nanoparçacıklarla ısıtılan dokular kontrol numunelerinin aksine herhangi bir hasar belirtisi göstermediler.

Aşağıdaki karşılaştırmayla, kırmızı çizginin solunda nano ısınma grubunu, sağında kontrol gruplarını görebilirsiniz:

 

Çözülmeden sonra örneklerden nanoparçacıklar başarılı bir şekilde ayrılabilir.

Ekip, ayrıca, 80 ml'lik bir sistemde -doku olmadan- ısınmayı test etti ve küçük numune boyutlarında olduğu gibi aynı kritik ısınma oranlarına ulaştığını gösterdi. Bu da tekniğin ölçeklenebilir olabileceğini düşündürüyor.

Kısaca 1 ml’de nano ısınma, hızlı konveksiyonel ısınma canlılığı ve biyomekanik testlerle eşleşir, 50ml’deki konvektif ısınmadan daha üstündür ve fiziksel olarak 80ml’lik sistemlerle ölçeklenebilir.

"Gelecekte, nano ısınmanın 1 litre ve daha fazla hacme sahip büyük dokulara ve organlara uygulanabileceğine inanıyoruz."

Burada bir dakikadan daha kısa sürede çözülmekte olan bir doku videosunu görebilirsiniz:

Ekip, aynı üniform ısıtmayı elde etmek için, büyük dokuların -ve hatta bütün organların- etrafına yerleştirmekten ziyade nanoparçacıkların içine enjekte edilmesi gerekeceğini itiraf ediyor, ancak bu daha sonra denemek istedikleri bir şey.

Ekibin tekniklerinin aslında çoklu doku türlerinin karmaşık düzenlemelerinden oluşan organlar üzerinde başarıyla gerçekleşme göstermediğini not etmek önemlidir.

Bu, çok fazla optimizasyon ve düzeltme gerektiren bir şey; bu nedenle, kriyopreservasyondan organları geri getirebilmenin şu an çok uzağındayız. Ancak, bu kadar büyük hacimdeki dokuların kriyoprezervasyon durumundan başarılı bir şekilde çözüldüğünü ilk defa gördük ve bu oldukça heyecan verici.

Araştırma, Science Translational Medicine'de yayınlandı.

Kaynak
https://www.sciencealert.com/scientists-have-found-a-way-to-rapidly-thaw-cryopreserved-tissue-without-damage