科學家發現如何解凍冷凍保存的器官而不造成傷害的方法

Comment is Closed

oohibernation

學者近日發展出了一種技術,可以使經過超低溫保存的人類以及豬隻樣本快速解凍,組織沒有任何損傷;這項技術也許可以讓需要器官移植的病人,不用再漫長地等待。

超低溫保存能夠將生物組織以液態氮的極低溫,長時間冷凍起來,再將之活化,而且不會造成任何損傷,科學家一直努力著,想要以較大的組織跟器官樣本,來實現這個技術。

在科幻小說中我們讀過這種神奇的手段,能夠延長人類的壽命,但其應用上有一個更為實用的層面:只要醫院能夠掌握這種技術,便可以將器官長期地安全儲藏起來。

136091-004-C22A66A2

如今,在美國平均每日有22個人因為等不到可供移植的器官而過世。其中,最大的難題不是器官供應的短缺,而是器官只能冷藏短短的幾個小時,否則就會產生永久性的損傷。

這情況意味著,即便器捐數量充足,要適時地找到受贈者,並即時送到手術台上,還是一項亟待解決的困難。

經估計,每年捐贈的心臟與肺臟,超過60%最後的命運都是遭到丟棄,因為只能保存幾個小時,在這與時間的競賽中,有極大的機率,醫院無法將器官送達受贈者那兒。

科學轉譯醫學期刊中,由明尼蘇達大學的John Bischof所領導的研究團隊寫道:「那些被丟棄的器官,只要有一半可以被成功移植,這就表示著,在兩到三年內,這些器官的候選移植名單就會不復存在。」

推薦文章:  看磁浮舉起105磅的四軸飛行器

目前來講,更佳的解決方案就是超低溫保存,讓器官組織可以在攝氏-80度到-190度(即華氏-112度到-310度)的範圍內冷藏。

Cryopreservation

在超低溫保存的領域中,一項佔領導地位的技術叫做「玻璃化」(vitrification),能夠用攝氏-160(華氏-256度)的低溫,將生物樣本冷卻至玻璃態(glassy state,或稱混凝態)。事實上,玻璃化技術已經被Alcor這樣的人體冷凍公司應用於人腦上了。

藉由玻璃化的作用,器官可以被儲藏長達數年,或者更久,這意味著,醫生可以建立一個可供移植的器官銀行,使得任何需要心臟或肺臟移植的病患不用再苦苦等候。

雖然目前我們看似解決了冷凍的難題,但另一個關卡是,在解凍器官的過程中,會產生冰晶,進而損害組織細胞,甚至使之破裂。

在過去,科學家曾成功地將小型的組織樣本解凍,但大約只有1毫升的容量大小。當組織越來越大,大到接近一整個人類器官的規模時,目前在冰上緩慢加熱的熱傳導技術,就徒勞無功了。

然而,現在情勢已有所不同,明尼蘇達大學的團隊宣稱,他們研發出了一項新的技術,能夠讓超低溫保存的人類或是豬隻樣本快速解凍,而且脆弱的冷凍組織將毫髮無損。

Bischof說:「這是第一次,即使面對更大的生物組織,我們還是能以每分鐘攝氏百度以上的速度,成功且均勻地將保存的組織解凍,而且不會造成任何損傷。」

相對於熱傳導的手法,其團隊使用奈米粒子,以相同的速率加熱整個組織,所以冰晶便無法形成,組織也不會受損。

推薦文章:  影子人是誰? 遇到的話該怎麼做?

為了達到這個效果,科學家將二氧化矽包覆鐵氧化物奈米粒子(silica-coated iron oxide nanoparticles)加入一種溶液中,並施加一個外部磁場,好均勻地產生熱量。

141023100735_1_900x600

之後,他們將1至50毫升不等的多個人類與豬隻組織樣本加熱,有些使用的是新的奈米加溫技術,其他則使用傳統的緩慢加溫法。

與控制組不同,使用奈米粒子加熱的組織並無任何受損的跡象。

以下你可以看到兩者的不同結果,在紅線左側的是使用奈米加溫技術的組別,而右側則是控制組:

解凍之後,科學家還能成功地把奈米粒子從樣本上沖洗掉。

其團隊也試著加熱一管80毫升的溶液,其中不含任何組織,結果顯示其加熱率跟較小的樣本一致,也代表著這種技術有規模化的可能。

團隊成員寫道:「簡單來說,當需要加熱的容量只有1毫升時,在生物機械試驗跟熱傳導快速加熱的可行性上,奈米加溫有同樣的效果,在50毫升時,奈米加溫優於傳導加溫;而且技術面上,奈米加溫可以將容量提升至80毫升。」

「在未來,我們相信奈米加溫可以被應用於1公升的容量或者更多、更大的組織或是器官上。」

推薦文章:  科學家已經創造出人工視網膜植入物,可以恢復數百萬人的視力!

以下你可以親眼看見生物組織在不到一分鐘的時間內被解凍的情形:

其團隊也坦言,如果更大的組織或是整個器官要解凍的話,必須把奈米粒子注入到其中,而不只是環繞著它們,才能可能均勻地加熱,不過這是他們研究的下一個階段了。

必須提到的是,研究團隊尚未成功地在器官上實現這項技術,因為器官中組織的排列很複雜,而且由多個不同類型的組織所構成。

這需要很多優化與微調,所以說,要讓超低溫保存的器官重新活跳跳,還需要一段時間。但這是第一次,我們得以見證這麼大容量的組織被成功地解凍,這可是很令科學界興奮的。

這樣完整研究被發表在科學轉譯醫學期刊中。

語音合成由賽微科技提供

來源:sciencealert