Naukowcy z Texas A&M opracowali metodę krioprezerwacji zapobiegającą pękaniu organów

Krioprezerwacja, czyli przechowywanie tkanek biologicznych w temperaturach poniżej zera, często kojarzy się z literaturą science fiction. Jednak badania nad tą technologią prowadzone są od blisko 100 lat. Przez większość tego okresu postęp był minimalny – aż do 2023 roku, gdy naukowcy z University of Minnesota z powodzeniem przeszczepili innej szczurzycy kriokonserwowaną nerkę, pokazując potencjał krioprezerwacji w transplantologii człowieka.

Największym wyzwaniem przy konserwacji większych organów pozostaje ich podatność na pękanie podczas szybkiego procesu chłodzenia. Zapobieganie pękaniu jest kluczowe dla skutecznego przechowywania i przeszczepiania narządów. Zespół z Wydziału Inżynierii Mechanicznej im. J. Mike’a Walkera na Texas A&M University, kierowany przez dr. Matthew Powella-Palma, opublikował artykuł opisujący nową metodę krioprezerwacji, która może rozwiązać ten problem.

Aby przechowywać narządy poza ciałem przez dłuższy czas, stosuje się proces zwany witryfikacją – zamrażanie tkanek w specjalnym roztworze i utrzymywanie ich w szklistej, stabilnej formie, co pozwala „zamrozić w czasie” komórki bez ryzyka uszkodzeń przez kryształy lodu. Poprzez modyfikację składu roztworów witryfikacyjnych badacze mogą kontrolować właściwości wpływające na ryzyko pękania organów.

„W tym badaniu sprawdziliśmy różne temperatury przejścia szklistego, które – jak sądzimy – odgrywają kluczową rolę w procesie pękania” – wyjaśnił Powell-Palm. – „Odkryliśmy, że wyższe temperatury przejścia szklistego znacząco zmniejszają prawdopodobieństwo powstawania pęknięć”.

Wyposażeni w tę wiedzę, naukowcy mogą koncentrować się na tworzeniu wodnych roztworów witryfikacyjnych o wyższej temperaturze przejścia szklistego, co zwiększa szansę uniknięcia uszkodzeń organów.

„Pękanie to tylko część problemu” – dodał Powell-Palm. – „Roztwory muszą być także biokompatybilne z tkankami”.

Odkrycie to ma fundamentalne znaczenie nie tylko dla transplantologii, ale i innych obszarów zastosowań krioprezerwacji: ochrony bioróżnorodności i gatunków zagrożonych, stabilizacji szczepionek czy redukcji strat żywności. Technologia ta może wydłużyć okres przydatności dowolnych próbek biologicznych, wspierając różne dziedziny nauk przyrodniczych.

„To badanie wnosi przełomowy wkład w nasze rozumienie termodynamiki roztworów wodnych” – podkreślił współautor i kierownik katedry inżynierii mechanicznej dr Guillermo Aguilar, profesor Jamesa i Ady Forsyth. – „Spodziewam się dalszych obiecujących wyników w tym kierunku, które ostatecznie zwiększą żywotność systemów biologicznych w każdej skali – od pojedynczych komórek po całe organy”.

Współautorami pracy byli także dr Soheil Kavian, doktoranci Crystal Alvarez i Ron Sellers oraz student Gabriel Arismendi Sanchez z tego samego wydziału.

„Sednem inżynierii mechanicznej jest zrozumienie, jak działa dany system. Ten projekt łączy chemię fizyczną, fizykę szkła, termomechanikę i kriobiologię” – zaznaczył Powell-Palm. – „Studenci wykonali znakomitą pracę, stosując interdyscyplinarne myślenie, którego wymaga ta dziedzina”.

Badania były finansowane przez National Science Foundation’s Engineering Research Center for Advanced Technologies for the Preservation of Biological Systems, wspierającą najwyższy poziom badań w zakresie krioprezerwacji.

Źródło: Texas A&M University, Nature, Higher glass transition temperatures reduce thermal stress cracking in aqueous solutions relevant to cryopreservation
DOI: http://dx.doi.org/10.1038/s41598-025-13295-7