Naukowcy “wskrzesili” zamrożoną tkankę serca. Przełom w transplantologii?

Naukowcom z Uniwersytetu Kalifornijskiego udało się przywrócić pełną funkcjonalność zamrożonych organoidów sercowych. Użyli do tego niezwykłej techniki, co może wskazywać na właściwy kierunek dla przyszłości transplantologii.
Ilustracja kapsuły do zamrażania izochorycznego
Ilustracja kapsuły do zamrażania izochorycznego

Światowa transplantologia jest w kryzysie, którego nie sposób opanować. Brakuje organów do przeszczepów, a liczba potrzebujących stale rośnie. Naukowcy z całego świata starają się znaleźć alternatywę dla klasycznych przeszczepów, np. poprzez hodowlę organów w ciałach zwierząt (ksenotransplantacje) lub wykorzystanie komórek macierzystych do rozwinięcia się w funkcjonalne narządy. To wciąż jednak melodia przyszłości, a nadal podstawowym źródłem narządów do przeszczepów pozostają dawcy, u których stwierdzono śmierć pnia mózgu.

Problemem w przypadku narządów do przeszczepów jest ich przechowywanie. Mają one bowiem ograniczony czas “przydatności” od momentu pobrania (różny w zależności od rodzaju narządu). Teraz powstał pomysł, jak to zmienić.

Jak wydłużyć przydatność organu do przeszczepu?

Jednym z głównych wyzwań związanych z przechowywaniem tkanek i organów do przeszczepów jest zapobieganie gromadzeniu się kryształów lodu, które mogą powodować poważne uszkodzenia. Teraz naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego opracowali obiecującą technikę superchłodzenia, aby przywrócić funkcjonalność zmodyfikowanej tkance serca. To może być przełom, pozwalający na dłuższe przechowywanie organów do przeszczepów.

Technologia, o której mowa, to tzw. zamrażanie izochoryczne, stworzona przez Borisa Rubinsky’ego z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley ok. 16 lat temu. Czym się wyróżnia?

W przypadku konwencjonalnego zamrażania izobarycznego, materiał jest wystawiany na działanie zimnego powietrza pod stałym ciśnieniem. W przypadku zamrażania izochorycznego, materiał jest zanurzany w cieczy, a następnie zamykany w pozbawionym powietrza pojemniku, w którym nie ma szans na powstawanie kryształów lodu, nawet jeżeli temperatura spadnie poniżej zera. We wcześniejszych eksperymentach aż 40% materiału pozostało niezamrożonego, mimo że schłodzono go do temperatury -22oC.

To jest fundamentalna termodynamika. Kiedy materiał, który ma zostać zamrożony, jest zamknięty w szczelnym pudełku, wtedy zamarza tylko część objętości.Boris Rubinsky

Przełomowe zamrażanie

Teraz naukowcy poszli krok dalej i wykorzystali system “narządu na chipie” (ang. organ-on-a-chip), czyli specjalny pojemnik do hodowli komórkowej 3D, który symuluje czynności, mechanikę i reakcję fizjologiczną całych narządów. Tego typu struktury nie są substytutami funkcjonalnych narządów, ale modelami, na których można testować działanie nowych leków, itd.

Zdjęcia mikroskopowe pokazujące tkankę przed zamrożeniem i po rozmrożeniu – integralność komórek nie została naruszona

Naukowcy użyli model serca, wytworzony z indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych, czyli takich, które wywodzą się z dorosłych komórek, ale zostały cofnięte do stanu komórek macierzystych. Tak stworzony organoid wykazywał funkcjonalność miniaturowego serca. Poddano go zamrożeniu izochorycznemu i całość schłodzono do temperatury -3oC. Komórki serca pobrano po 24, 48 i 72 godzinach i umieszczono ponownie w temperaturze ok. 37oC.

Okazało się, że funkcjonalność zachowało 65-80% próbek, bez większej różnicy między tymi, które były zamrożone dłużej, a które krócej. Kluczowy był sam sposób zamrażania izochorycznego, który nie wpłynął na strukturalną integralność tkanki serca. Tkanka pozostała również wrażliwa na leki stosowane w celu zwiększenia częstości akcji serca.

Technika zastosowana przez naukowców z Uniwersytetu Kalifornijskiego wskazuje na słuszność stosowania zamrażania izochorycznego do przechowywania narządów do przeszczepów. Więcej można przeczytać w dzienniku Communications Biology.