Ред.: Аверкіна Любов

Біологічні механізми руйнування клітин є предметом дослідження вже не одне десятиліття. Науковці шукають нові способи сповільнення розпаду клітин з використанням естремального холоду.

Вони розробили нові способи зниження токсичності обробки хімічним антифризом, мінімізації утворення руйнівного льоду та швидкого та рівномірного розморожування об’єктів. З 2018 року лабораторії заморожували, а потім оживляли шматочки коралів, личинки плодової мушки, ембріони рибок даніо та нирки щурів. Вони також застосували більш м’які методи, щоб охолодити все, від помідорів до цілої свинячої печінки, до температури трохи нижче точки замерзання без утворення льоду, зберігаючи їх практично свіжими протягом кількох днів або тижнів.

Медичне використання, зокрема трансплантація органів, є ключовим фактором сучасної роботи. Вчені сподіваються зрештою створити кріоконсервовані банки тканин, таких як шкіра, цілі органи чи навіть кінцівки, зменшуючи дефіцит і даючи лікарям час для кращої підготовки реципієнтів до трансплантації. Але прогрес у збереженні також поширюється на частинки людської тканини, які використовуються для скринінгу фармацевтичних препаратів, або види, що знаходяться на межі зникнення, плодових мушок, які вивчають генетики, продукти, призначені для продуктових магазинів, і ембріони риб, які зберігаються для аквакультури.

Проте, реальність далека від того, що ми уявляємо або бачимо в кіно. На сьогодні найбільша жива істота, яку вдіється зберігати при температурах значно нижчих за нуль і повернути до життя, розміром із зерно кухонної солі: людський ембріон.

Фахі був одним з двох вчених, чия робота 1985 року виявила хімічний процес, який дозволяв зберігати ембріони мишей при температурі майже –200°C. Їхня техніка була спрямована на головну перешкоду для замерзання живих тканин: лід.

Коли вода замерзає, вона може завдати шкоди тканинам. Молекули води перетворюються з щільно упакованої аморфної рідини в жорстку решітку. Кристали льоду розривають клітини, як ножі. Солі в клітинних рідинах концентруються на токсичних рівнях у частинах тканин, які замерзають останніми. Кожен, хто заморожував і розморожував полуницю, бачив результат: кашоподібну, знебарвлену версію того, що вийшло з рослини.

Щоб вирішити цю проблему Фахі та його колега з Американського Червоного Хреста Вільям Ралл спочатку змочили маленьку кульку клітин у хімічному коктейлі, який вимивав багато води, замінивши її хімікатами, подібними до антифризу в радіаторі автомобіля, а потім швидко охолодили рідким азотом до –196°C. Між швидким охолодженням і кріопротектором лід не встиг утворитися. Робота з мишачими ембріонами проклала шлях для зберігання людських ембріонів подібного розміру, змінивши лікування безпліддя. Але те, що працює для крихітного ембріона приблизно зі 100 клітинами, непросто досягти цілих органів. Важко змусити кріопротектор рівномірно просочитися більшим шматком тканини. Застигання центру може зайняти більше часу, що сприяє утворенню льоду. Закачування більшої кількості кріопротектора для боротьби з льодом може завдати шкоди, оскільки хімікати є токсичними. Процес зігрівання і розморозки також є непростим, пригадайте, наприклад, як розколюється кубик льоду якщо його покласти в воду.

Швидке руйнування органів є однією з найбільших проблем, які заважають людям трансплантувати органи. З моменту, коли людське серце чи легені від’єднують від донора, лікарі мають 4-6 годин, щоб підключити їх до кровопостачання нового пацієнта, перш ніж вони будуть непоправно пошкоджені. Для печінки вікно становить від 8 до 12 годин. Для нирки це приблизно 1 день. Понад 60% донорських сердець і легенів ніколи не доходять до реципієнта вчасно. За оцінками Всесвітньої організації охорони здоров’я, менше 10% людей, які потребують трансплантації органів, справді її отримують.

Одна з кампаній, що працюють в області кріоконсервації, GaiaLife, експериментує з вітрифікацією яєчників. Коли пацієнт отримує лікування, що пошкодить орган (наприклад, хіміотерапія), його пропонують вилучити, заморозити, а після лікування – повернути. Наразі дослідники, реімплантували яєчники п’яти вівцям, у чотирьох тварин яєчники виробляли прогестерон, що свідчить про те, що вони працювали.

Нещодавно вчені повідомили про те, що змогли заморозити, а потім повторно імплантувати 5 щурячих нирок. Тепер дослідники перейшли до свинячих нирок, розмір яких ближче до людської нирки. Їхній секрет – в особливому «соусі-консерванті», багатим на наночастинки заліза, розморозку проводили за допомогою магнітного поля.

Вчені з Гарвардського університету у своїх дослідженнях використовують приклад лісової жаби з північної америки, яка може оживати, провівши кілька місяців із замерзанням двох третин свого тіла за температури до –16 °C. Ця тварина використовує глюкозу як антифриз у тканинах, тож вчені експериментують з синтетичним цукром.

Борис Рубінскі, біомедичний інженер з Каліфорнійського університету в Берклі, використовує високий тиск, адже підвищення тиску обмежує утворення льоду при замерзанні води, проте есперименти не дійшли ще до тварин.

Перш ніж будь-яка з цих технологій потрапить в операційні, її потрібно буде не тільки збільшити до людського розміру, але й пройти перевірку регуляторів безпеки, таких як Управління з контролю за продуктами й ліками США. «Всі ці розробки, які ми робимо в лабораторії, повинні бути безпечними. Це лише приклад деяких речей, які можуть піти не так».

За матеріалами: ScienceNews