کلیه های خوک که به مدت یک سال "یخ زده" بودند دوباره زنده شدند

به گفته دانشمندان، کلیه های خوک که تا 150- درجه سانتیگراد سرد شده و برای ماه ها در فریزر نگهداری می شدند، با موفقیت دوباره گرم شده و برای اولین بار نشان داده شد که دوباره کار می کنند. آنها امیدوارند که این یافته ها را با اعضای بدن انسان تکرار کنند.

کلیه‌ها - که از نظر اندازه شبیه به کلیه‌های انسان هستند - در یک مورد بیش از یک سال در حالت شیشه‌ای باقی ماندند. پس از گرم شدن مجدد، آزمایش در ماشین‌ها و پیوند به خوک‌ها، کلیه‌ها رنگ خود را به دست آوردند و ادرار ساختند - نشانه‌های کلیدی که کار می‌کنند.

اریک فینگر، جراح پیوند در دانشگاه مینه‌سوتا که این کار را رهبری می‌کرد، می‌گوید: «ده سال پیش... نمی‌توانم بگویم امید زیادی داشتم که واقعا کار کند. «بعد از اینکه آخرین پیوند را انجام دادیم، از اتاق بیرون رفتم و گفتم: «این کار بزرگی است.» این تحقیق در سرور پیش‌چاپ bioRxiv به اشتراک گذاشته شد و هنوز توسط همتایان مورد بررسی قرار نگرفته است.

کلیه ها کامل نیستند و محققان هنوز نشان نداده اند که می توانند زندگی را در دراز مدت حفظ کنند. اما دیگران در این زمینه می گویند که نتایج نشان دهنده یک دستاورد مهم است.

پیتر کیلبرید، کریوبیولوژیست و یکی از بنیانگذاران Kyros Kairos، شرکتی که بر بهبود بودجه تحقیقاتی در زمینه انجماد متمرکز است و در این تحقیق دخالتی نداشت، می گوید: «خدا را شکر که واقعا کسی توانسته این کار را در یک اندام انجام دهد و ثابت کند که کار می کند. سال‌ها است که مردم تلاش کرده‌اند و نتوانسته‌اند به این مرحله برسند. سرانجام، ما به این پیشرفت دست یافتیم.»

کورکوت اویگون، مهندس زیست پزشکی و پروفسور جراحی در دانشکده پزشکی هاروارد، که او نیز در این تحقیق شرکت نداشت، می‌گوید: «کار آن‌ها شگفت‌انگیز است و ما را قادر می‌سازد تا واقعا و به طور نامحدودی اندام‌ها را بانک کنیم. "این یک زمان انقلابی برای پیوند است."

زمان خرید

هر سال ده ها هزار پیوند عضو تنها در ایالات متحده انجام می شود. تصور می شود که این روش ها در 25 سال گذشته 2 میلیون سال زندگی را نجات داده اند. اما فضای زیادی برای پیشرفت وجود دارد.

یکی از چالش های اصلی کمبود اندام های در دسترس است. حتی زمانی که یک عضو در دسترس می شود، رسیدن آن به گیرنده مناسب در عرض 24 تا 36 ساعت، که حد فعلی برای حفظ اندام های انسان است، دشوار است.

افرادی که پیوند عضو دریافت می کنند نیز باید داروهایی مصرف کنند که سیستم ایمنی آنها را سرکوب می کند تا پایان عمر. این داروها برای جلوگیری از دفع اندام های جدید توسط بدنشان طراحی شده است. اما عوارض جانبی دارند و خطر ابتلا به عفونت و سرطان را افزایش می دهند.

توانایی بانک کردن اعضای بدن برای مدت طولانی، نوید پاسخگویی به همه این چالش ها را دارد. پزشکان زمان بیشتری برای تطبیق اعضای بدن با گیرندگان خواهند داشت. آنها می توانند خطر رد عضو را نیز محدود کنند - به طور بالقوه با آماده کردن گیرندگان و سیستم ایمنی آنها از قبل.

فینگر می‌گوید: «با بانکداری واقعی اعضای بدن... به جای اینکه بیماران منتظر عضو باشند، این اندام‌ها هستند که منتظر بیماران هستند.

دانشمندان توانسته اند از طریق فرآیندی به نام شیشه ای شدن سلول ها را تا دمای بسیار پایین خنک کنند که اساسا آنها را به چیزی شبیه شیشه تبدیل می کند. این روش قبلا برای ذخیره تخمک، اسپرم و جنین استفاده می شود. منجمد کردن کل اندام ها بسیار سخت تر است.

برخی از مشکلات را می توان با انجماد محافظت کرد - مواد شیمیایی که مانند ضد یخ عمل می کنند و از تشکیل کریستال های یخ مضر جلوگیری می کنند. اما این مواد شیمیایی به طور باورنکردنی سمی هستند. همچنین سرد کردن سریع و یکنواخت بافت های بزرگ دشوار است و به همان اندازه گرم کردن یکنواخت یک اندام در تمام طول مسیر دشوار است.

فینگر و همکارانش با جان بیشوف، یک مهندس زیستی در دانشگاه مینه‌سوتا، راه حلی را ارائه کرده‌اند. هنگامی که یک اندام با یک محافظ برودتی بارگیری می شود، آنها آن را با نانوذرات اکسید آهن تزریق می کنند. این نانوذرات هیچ کاری برای سلول ها انجام نمی دهند. اما زمانی که زمان گرم کردن مجدد ارگان فرا می رسد، می توان آنها را با یک میدان الکترومغناطیسی فعال کرد.

هنگامی که فرکانس رادیویی آن میدان بین دو حالت سوئیچ می‌کند، ذرات نیز برمی‌گردند و خود را دوباره با میدان هماهنگ می‌کنند. این باعث می شود آنها گرما را در سراسر اندام آزاد کنند. تنظیم قدرت میدان به تیم اجازه می‌دهد تا سرعت گرمایش را کنترل کند تا زمانی که اندام به ۱۲۰- درجه سانتی‌گراد رسید، سریع‌تر شود.

محققان با استفاده از این روش در کار منتشر شده در سال 2023 کلیه موش ها را با موفقیت منجمد کردند. در آن زمان، آنها توانستند کلیه هایی را که تا 100 روز در فریزر نگه داشته شده بودند، قبل از پیوند به موش ها دوباره گرم کنند.

از آن زمان، این تیم تلاش کرده است تا با اندام های بزرگتر به همین موفقیت دست یابد. تصور می‌شود که کلیه‌های خوک الگوی خوبی برای کلیه‌های انسان هستند - آنها تقریبا یک اندازه و شبیه به هم هستند. وزن کلیه موش حدود یک گرم است. کلیه خوک حدود 100 است.

آسان نبوده است محافظ سرمایی که برای انجماد کلیه های موش استفاده می شود در اندام های خوک به خوبی کار نمی کند. بیشوف می گوید: «ما مجبور شدیم کوکتل را دوباره کشف و اصلاح کنیم. "به همین دلیل سه سال از ما گرفت."

کلیه های انجماد عمیق

اولین قدم در این روش، برداشتن کلیه از خوک اهدایی است. پس از بیرون آمدن، کلیه را با محلول نگهدارنده اندام که معمولا مورد استفاده قرار می گیرد برای خارج کردن خون شستشو داده، کیسه می شود و به طور موقت روی بستری از یخ در یک خنک کننده گذاشته می شود تا بتوان آن را به آزمایشگاه مهندسی منتقل کرد.

در آنجا، اعضای تیم کلیه را باز می‌کنند و آن را به دستگاهی که برای کنترل دما و فشار اندام طراحی کرده‌اند متصل می‌کنند. سپس آنها شروع به بارگیری آن با کوکتل ضد سرما، به آرامی برای اطمینان از پخش یکنواخت در اندام می کنند، اما به اندازه کافی سریع برای به حداقل رساندن هرگونه اثرات سمی. حدود دو ساعت طول می کشد.

فینگر می‌گوید گام بعدی تزریق نانوذرات اکسید آهن به اندام است که به مدت هفت تا هشت دقیقه از داخل اندام پمپ می‌شوند. سپس نوبت به خنک کردن اندام با پمپاژ بخار نیتروژن سرد به داخل محفظه ای می رسد.

این یک فرآیند ظریف است و تیم باید اطمینان حاصل کند که اندام در تمام طول مسیر خنک می شود. در عین حال، آنها باید دمای کلیه را در اسرع وقت کاهش دهند تا از تشکیل یخ جلوگیری شود. بیشوف می‌گوید: «اغلب افراد متعددی هستند که کارهای متفاوتی انجام می‌دهند تا مطمئن شوند که همه چیز خراب نمی‌شود.

فینگر می‌گوید هنگامی که اندام در حدود -120 درجه سانتیگراد به حالت انجماد می‌رسد، «مانند یک لیوان رفتار می‌کند». "در آن مرحله، شما می توانید برای مدت طولانی پایدار بمانید - ما به طور نامحدود فکر می کنیم." سپس تیم فرآیند خنک سازی را متوقف می کند تا اطمینان حاصل شود که اندام در سراسر آن شیشه ای است. در غیر این صورت ممکن است کرک شود.

پس از مکث، اگر همه چیز خوب پیش رفت، کلیه در نهایت تا 150- درجه سانتیگراد خنک می شود. هنگامی که در فریزر است، می تواند روزها، هفته ها یا حتی ماه ها در آنجا بماند. این تیم تعداد کمی از کلیه ها را برای بیش از یک سال بانکی نگه داشته است.

صورتی به سمت بالا

آزمایش واقعی این کلیه ها زمانی انجام می شود که از فریزر خارج شوند، دوباره گرم شوند و از مواد شیمیایی و نانوذرات شان پاک شوند. آیا آنها می توانند زندگی را پشتیبانی کنند؟ تا کنون، تیم برخی از آنها را به چند روش مختلف آزمایش کرده است.

در مجموعه‌ای از آزمایش‌ها، محققان کلیه‌های گرم‌شده را روی دستگاه‌های پرفیوژن قرار دادند - سیستم‌هایی که قبلا در جراحی‌های پیوند هم برای تأمین مواد مغذی اندام‌ها و هم برای کمک به پزشکان در ارزیابی آنها در حالی که خارج از بدن هستند استفاده می‌شوند.

در مجموعه ای دیگر از آزمایشات، فینگر و همکارانش کلیه های دوباره گرم شده را به خوک پیوند زدند و آنها را به مدت دو ساعت تحت نظر داشتند. فینگر می گوید، در هر دو آزمایش، به نظر می رسید که کلیه های دوباره گرم شده بهبود می یابند. او می گوید: «آنها دقیقا صورتی می شوند.

این تیم جریان خون را در کلیه پیوند شده مجددا گرم شده مشاهده می کند که به آن اجازه می دهد "صورتی" شود. با حسن نیت از محققین

راه‌های زیادی برای اندازه‌گیری عملکرد کلیه وجود دارد، اما یک آزمایش کلیدی این است که آیا این عضو می‌تواند ادرار کند یا نه. با این اندازه گیری، کلیه های دوباره گرم شده عملکرد خوبی داشتند، اگرچه حدود دو سوم مقداری را که به طور معمول انتظار می رفت تولید می کردند. فینگر می‌گوید: «آنها در عرض یک دقیقه یا بیشتر ادرار تولید می‌کنند. "ما می دانیم که آنها کار می کنند."

بیشتر کلیه‌های گرم شده برای روزها یا هفته‌ها در بانک قرار داشتند. اما یکی بیش از یک سال در فریزر بود. وقتی فینگر و همکارانش آن را دوباره گرم کردند و روی دستگاه پرفیوژن گذاشتند، متوجه شدند که این دستگاه بلافاصله ادرار تولید می کند. فینگر می‌گوید: «در واقع بهتر از بسیاری از کلیه‌های [دیگر] به نظر می‌رسید. ما اکنون راحت می‌گوییم که می‌توانیم آن‌ها را برای یک سال ذخیره کرده و با عملکرد عالی دوباره گرم کنیم.»

کوین مایر، رئیس و مدیر عامل شرکت LifeGift، یک سازمان تهیه اعضای بدن مستقر در تگزاس، می‌گوید: «این یک سال کار بسیار بزرگی است. توانایی ذخیره اندام ها برای آن مدت زمان پیوند اعضا را متحول می کند. او بانک‌هایی از اعضای بدن را پیش‌بینی می‌کند که می‌توانند در موارد اضطراری که مردم نمی‌توانند منتظر بمانند، مانند مصرف بیش از حد دارو یا جراحات ناشی از گلوله، در صورت تقاضا مورد استفاده قرار گیرند.

موانع نهایی

اما این روش هنوز برای پرایم تایم آماده نشده است. علاوه بر تولید ادرار کمتر از حد انتظار، کلیه های دوباره گرم شده نیز علائم آسیب را نشان دادند. به گفته محققان، به نظر می رسد این آسیب ناشی از مواد شیمیایی محافظ سرماست.

همانطور که کیلبرید می گوید: "این یک پیشرفت بزرگ است که نیمی از مشکل را حل می کند."

گرگ فاهی، کریوبیولوژیست که در این زمینه پیشگام است، می‌گوید این تیم نشان داده است که کلیه‌های گرم شده مجدد می‌توانند جریان خون را بازیابی کنند، که «بسیار مهم است». اما او نگران میزان آسیب به اندام ها است. ما نمی‌توانیم از این آزمایش‌ها بگوییم که آیا این کلیه‌ها ممکن است از زندگی پشتیبانی کرده باشند یا خیر.»

اما فاهی، که مدیر ارشد علمی در شرکت‌های بیوتکنولوژی Intervene Immune و 21st Century Medicine (جایی که او همچنین مدیر اجرایی آن است)، تصدیق می‌کند که مشخص نیست این کلیه‌ها زمانی که برای درازمدت درون یک حیوان زنده قرار می‌گیرند، چگونه ممکن است عمل کنند.

فینگر همچنین امیدوار است راهی برای ترمیم آسیب دیده شده در کلیه ها پیدا کند. تحقیقات دیگر نشان داده است که سلامت اندام های پیوندی می تواند در حین کار با دستگاه های پرفیوژن بهبود یابد. و کلیه‌های آسیب‌دیده ممکن است پس از قرار گرفتن در بدن، تحت تا حدودی خود ترمیم شوند. فینگر می گوید، در هر صورت، کلیه های انسان ممکن است بهتر از کلیه خوک با این فرآیند کنار بیایند.

مرحله بعدی آزمایش کلیه ها در خوک ها در مدت زمان طولانی تر خواهد بود. این تیم، همراه با بسیاری از محققان دیگر در این زمینه، به جست‌وجوی محافظ‌های سرمایشی کمتر سمی نیز ادامه خواهند داد. فینگر، بیشوف و همکارانشان نیز در حال برنامه ریزی آزمایش هایی با کلیه های انسان هستند.

انگشت خوشبین است. او می‌گوید: «می‌خواهیم ببینیم که مصدومیت وجود دارد، و کامل نیست... اما اکنون به نقطه‌ای رسیده‌ایم که کار می‌کند. "اینها نقاط عطف تاریخی و بزرگی در زمینه ما هستند و ما در مورد آن هیجان زده هستیم."