Криопротектор с наночастицами позволяет быстро отогреть предназначенный для трансплантации орган, охлажденный до очень низкой температуры.

Одна из самых больших проблем в трансплантологии – невозможность долгое время сохранять жизнеспособность органов, предназначенных для пересадки. Сейчас орган для трансплантации «живёт» от 6 до 12 часов – потом в нём накапливаются необратимые изменения, и пересаживать его смысла уже нет.

Врачи и биологи прилагают все силы, чтобы научиться как можно дольше сохранять органы, предназначенные для трансплантации. (Фото: photography33 / Depositphotos.com.)

«Разогревающие» наночастицы из оксида железа в кремниевой оболочке (электронная микрофотография). (Фото: Haynes research group, University of Minnesota.)

Есть ряд методов, позволяющих это время увеличить, но почти все они не очень практичны. Клетки пересаживаемого органа должны всё время снабжаться кислородом и питательными веществами, иначе они начнут погибать, но после извлечения органа из тела кровоток в нём, понятное дело, останавливается.

Можно поступить иначе – как можно сильнее затормозить процессы жизнедеятельности в клетках, понизив им температуру. Однако и тут есть сложности: чтобы эффективно замедлить процессы жизнедеятельности, нужно остудить орган до температуры ниже 0°С, но тогда в клетках начнут образовываться кристаллы льда, которые буду портить макромолекулярные комплексы и мембраны.

С другой стороны, появление ледяных кристаллов можно предотвратить, если использовать вещества-криопротекторы: с их помощью можно поддерживать жизнеспособность органа при достаточно низкой температуре в течение нескольких дней.

И есть другой способ – в присутствии криопротекторов очень быстро охладить орган до очень низкой температуры, до -160...-196°С. В этом случае кристаллы льда не образуются – говорят, что раствор перешел в твердую стекловидную форму, минуя фазу кристаллообразования. В таком виде биологическую ткань можно хранить уже довольно долго. Но тут возникает другая проблема: как разморозить «остекленевший» орган? Если отогревать его постепенно, то какие-то его части будут теплеть быстрее, какие-то – медленнее, при нагревании будут возникать те же кристаллы льда, и в целом биологические ткани после таких процедур получаются сильно поврежденными. Чтобы этого  не происходило, нужно найти способ быстро нагреть орган по всему его объему.

В статье в Science Translational Medicine исследователи из Университета Миннесоты именно такой способ и описывают: они предлагают добавлять в раствор криопротектора, которым пропитывают орган, наночастицы оксида железа. Наночастицы заворачивают в оболочку на основе кремния, чтобы они не навредили клеткам. Для разморозки используют электромагнитные волны, которые нагревают железные частицы, а поскольку частицы проникают глубоко в орган, то и орган будет разогреваться сразу полностью. Таким способом можно поднимать температуру со скоростью 100–200°С в минуту, что в 10–100 раз быстрее, чем в обычных методах.

Глубокое быстрое охлаждение и постепенное оттаивание используют для образцов объемом около 1 миллилитра (собственно биологический образец – например, эмбрион на начальных этапах развития – плюс консервирующий раствор). С наночастицами то же самое удалось сделать для образца объемом 50 мл – живые ткани в нем не пострадали, клетки остались целы.

Конечно, 50 мл – это совсем не почка, не печень и не лёгкое. Однако то, что масштаб метода удалось увеличить сразу в несколько десятков раз, позволяет надеяться, что в ближайшем будущем исследователи смогут точно также заморозить и какой-нибудь большой орган – и тогда у нас, наконец, появится возможность запасать органы для трансплантации и хранить их до востребования.