冷凍保存 這是透過將組織冷卻至極低溫來保存生物組織的過程。這聽起來常常像是科幻小說中的東西。事實上，近一個世紀以來，科學家一直在研究和改進這項技術。幾十年來進展一直緩慢。但這種情況在 2023 年開始發生變化，明尼蘇達大學的研究人員成功地將冷凍保存的腎臟移植到其他小鼠體內。這一里程碑顯示冷凍器官有一天可以用於人體移植。
儘管取得了這些進展，但保存較大的器官仍然是一個主要障礙。最大的問題之一是開裂。當組織冷卻太快時就會發生這種情況。這些骨折會損壞器官並使其失去作用。這使得防止破裂成為推進器官保存和移植的關鍵目標。
德州 A&M 大學的團隊，由來自 J. Mike Walker ’66 機械工程系的 Matthew Powell-Palm 博士領導，推出了一種旨在解決這一問題的新方法。他們的研究概述了一種可以減少低溫儲存期間破裂機會的方法。
玻璃化和玻璃化轉變溫度的作用
使各種器官能夠在體外長時間工作，科學家必須依賴一種稱為玻璃化的過程，該技術涉及在特殊溶液中冷卻組織，直至其達到玻璃態。在這種狀態下，細胞被有效地「及時凍結」。不會產生破壞性的冰晶
冷凍溶液的成分對於組織在過程中的存活程度起著重要作用。透過調整這種混合物，研究人員能夠研究不同的特性如何影響破裂的風險。
「在這項研究中，我們研究了不同的玻璃化轉變溫度。我們認為這在破裂中發揮了關鍵作用，」機械工程助理教授鮑威爾·帕爾姆說。 “我們了解到，較高的玻璃化轉變溫度會降低破裂的可能性。”
設計更安全的冷凍保存解決方案
這項發現為科學家改進冷凍保存方法提供了更明確的方向。透過開發具有更高玻璃化轉變溫度的玻璃化溶液。研究人員或許能夠更好地保護器官在冷凍過程中免受結構損傷。
「裂縫只是問題的一部分，」鮑威爾-帕爾姆說。 “這些解決方案還需要與組織具有生物相容性。”
器官移植以外的廣泛影響
冷凍保存的進步超出了移植醫學的範圍。改進的保育技術可以支持野生動物和生物多樣性的保育。改善疫苗儲存並有助於減少食物浪費這是因為這種方法可以延長生物材料的壽命。因此，它有可能有益於生命科學許多領域的研究和應用。
「這項研究為我們理解水溶液的熱力學做出了重要貢獻，」合著者、機械工程系主任、詹姆斯和艾達·福賽斯教授吉列爾莫·阿吉拉爾博士說。 “我期待在這個方向上取得更多令人鼓舞的結果。這最終將增加各個層面的生物系統的壽命。從單個細胞到整個器官”
研究和支持團隊
Soheil Kavian 博士也參與了這項研究。學生 Crystal Alvarez 和 Ron Sellers 以及本科生 Gabriel Arismendi Sanchez 均來自機械工程系。
「本質上，機械工程需要了解某些東西是如何運作的。這個計畫結合了物理化學、玻璃物理學、熱力學和低溫冷凍技術，」鮑威爾-帕爾姆說。 “這些學生做得非常出色，將機械工程所需的整體思維帶到了這項工作中。”
這項研究的資金來自美國國家科學基金會生物系統保育先進技術工程研究中心。它支援冷凍保存領域的前沿工作。
