Ученые используют магнитные наночастицы для безопасного размораживания тканей

Ежедневно люди умирают в ожидании трансплантации органов. Время критически важно не только для пациентов, но и для самих органов, которые могут быстро деградировать при транспортировке.

Стремясь продлить жизнеспособность человеческих тканей, исследователи сообщают в Nano Letters о разработке метода для полного замораживания, а затем и размораживания потенциально спасительных органов. Они продемонстрировали успешное размораживание тканей животных с помощью магнитных наночастиц.

По данным Организации по закупке и трансплантации органов (OPTN) на август 2024 года, более 114 000 человек находятся в национальном листе ожидания на трансплантацию в США, и около 6000 ежегодно умирают, не дождавшись органа. Одна из причин — потеря органов в холодильном хранилище во время транспортировки, когда задержки приводят к их преждевременному согреванию.

Методы быстрого замораживания органов для долгосрочного хранения без риска повреждения кристаллами льда существуют, но кристаллы могут образовываться и при размораживании. Для решения этой проблемы Ядун Инь и коллеги усовершенствовали технику наноразогрева, разработанную их соавтором Джоном Бишофом, чтобы использовать магнитные наночастицы и магнитные поля для быстрого, равномерного и безопасного оттаивания замороженных тканей.

Ранее команда Иня разработала магнитные наночастицы — по сути, крошечные стержневые магниты, — которые при воздействии переменного магнитного поля генерируют тепло. Это тепло быстро размораживало ткани животных, хранившиеся при -238 °F (-150 °C) в растворе наночастиц и криопротекторного агента.

Однако исследователи опасались, что неравномерное распределение наночастиц в тканях может вызвать локальный перегрев в местах их скопления, что приведет к повреждению тканей и токсичности криопротекторного агента при повышенных температурах.

Чтобы снизить эти риски, ученые продолжили исследования, разработав двухэтапный подход для более точного контроля скорости наноразогрева. Процесс включает:

• Погружение культивируемых клеток или тканей животных в раствор с магнитными наночастицами и криопротектором с последующей заморозкой жидким азотом.
• На первом этапе оттаивания, как и раньше, переменное магнитное поле инициирует быстрое согревание тканей.
• Когда образцы приближаются к температуре плавления криопротектора, исследователи применяют горизонтальное статическое магнитное поле.
• Второе поле переориентирует наночастицы, эффективно «притормаживая» выработку тепла.

Нагрев замедлялся быстрее всего в областях с большей концентрацией наночастиц, что сняло опасения по поводу образования опасных «горячих точек». Применение метода к культивируемым фибробластам кожи человека и сонным артериям свиней показало, что жизнеспособность клеток остается высокой после нескольких минут размораживания, что свидетельствует о его быстроте и безопасности.

Возможность точного контроля размораживания тканей приближает нас на шаг к долгосрочной криоконсервации органов и надежде на большее количество спасительных трансплантаций для пациентов, заключают исследователи.