Новая компьютерная модель — ключевой шаг к низкотемпературной сохранности трехмерных тканей

Медицинская наука — ключевой шаг ближе к криоконсервации срезов мозга, используемых в неврологических исследованиях, клеток поджелудочной железы для лечения диабета и даже целых органов благодаря новой компьютерной модели, которая предсказывает, как размер ткани изменится в процессе консервации.

Результаты исследования, проведенного Адамом Хиггинсом из Инженерного колледжа Университета штата Орегон, были опубликованы в Biophysical Journal.

«Криоконсервация тканей была бы полезна для биомедицинских исследований и трансплантации, но по разным причинам трудно заморозить ткани», — сказал Хиггинс, доцент кафедры биоинженерии. «Основная причина в том, что образование льда может разрушить ткань изнутри. Люди, которые готовят, вероятно, уже знакомы с этим — замороженный и размороженный помидор становится мягким».

Криоконсервация давно широко используется для сравнительно простых применений, таких как сохранение спермы, крови, эмбрионов и семян растений. Препятствием для других применений является повреждение от кристаллизации льда и вредный характер добавок, добавленных для предотвращения образования льда.

Витрификация, объясняет Хиггинс, — это стратегия криоконсервации, которая предотвращает повреждение кристаллов льда с помощью химических веществ, известных как криопротекторы, или CPA, которые могут препятствовать образованию льда. Примером CPA является этиленгликоль, используемый в автомобильных антифризах.

В тканях достаточно высокая концентрация CPA приводит к образованию твердого «стекла», а не кристаллов льда, когда температура ткани снижается до уровня жидкого азота; жидкий азот закипает при минус-320 градусах по Фаренгейту.

«Проблема в том, что эти химические вещества могут вызывать осмотическое повреждение из-за того, что вода пересекает клеточные мембраны и вызывает разрушение клеток» , — сказал Хиггинс. «Они также могут убивать клетки из-за токсичности. Поэтому при разработке наилучшего метода витрификации фокус заключается в выборе наилучшего пути между нормальными физиологическими условиями и конечным застеклованным состоянием, т. Е. Высокой концентрацией CPA и температурой жидкого азота».

Отсюда необходимость математического моделирования. В более ранних исследованиях с участием одного слоя эндотелиальных клеток, которые составляют выстилку системы кровообращения, Хиггинс и его коллеги из инженерного колледжа показали ценность модели, которая учитывала токсичность CPA, осмотическое повреждение и массоперенос. Моделирование раскрыло противоречивый подход к загрузке CPA: индукцию набухания клеток.

Исследователи обнаружили, что если клетки первоначально подвергались воздействию низкой концентрации CPA и давали время набухать, образец мог бы остекловаться после быстрого добавления высокой концентрации. По словам Хиггинса, в результате общая токсичность была намного меньше. Выживаемость здоровых клеток после витрификации выросла с 10% при обычном подходе до более чем 80%.

«Самая большая проблема и ограничивающий фактор в витрификации — это токсичность CPA, и метод набухания оказался весьма полезным для ее решения», — сказал он. «Наша новая статья расширяет это направление исследований, представляя новую модель массопереноса в тканях; ключевой особенностью является то, что она позволяет прогнозировать изменения размеров тканей».

Хиггинс отмечает, что были наблюдения нескольких типов тканей, меняющих размер после воздействия растворов CPA; Среди них хрящ, ткань яичников и группы клеток поджелудочной железы, известные как островки. «Скорее всего, эти изменения размера являются важными факторами при разработке методов витрификации тканей», — сказал он.

«Традиционный подход к моделированию массопереноса, известный как закон Фика, предполагает, что размер ткани остается постоянным», — сказал Хиггинс. «Наша новая модель, которую мы использовали для двух очень разных типов тканей, суставного хряща и островков поджелудочной железы, открывает дверь к расширению нашего предыдущего математического подхода к оптимизации для разработки лучших методов криоконсервации различных типов тканей».

По словам Хиггинса, по мере того, как стеклование все более сложных тканей становится возможным, новые применения для него, вероятно, станут возможными, особенно по мере того, как продолжается прогресс в быстро развивающейся области регенерации тканей, в которой стволовые клетки могут использоваться для выращивания новых тканей или даже целых органов. .

По его словам, возможно, ткани можно будет производить в небольших количествах и хранить до тех пор, пока они не понадобятся для трансплантации. Органы, переданные для трансплантации, можно было регулярно хранить до тех пор, пока не будет найдено точное иммунологическое соответствие. По словам Хиггинса, не исключено, что люди могут вырастить резервное сердце или печень из своих собственных стволовых клеток и витрифицировать их для будущего использования по мере необходимости.

Он добавил, что разработка лекарств — еще одна область, в которой улучшился бы и расширился потенциал витрификации.

Тестирование на наркотики обычно проводится в традиционных системах культивирования клеток или на животных моделях, которые часто не позволяют точно предсказать действие препарата на людей. Новые «органы на чипе» — микрожидкостные камеры, содержащие человеческие клетки, культивируемые в условиях, имитирующих естественные ткани или органы, — могли бы более точно прогнозировать лекарственные реакции у людей, но их использование требует длительного хранения клеток, насколько позволяет витрификация.

Не так давно мне рассказали, что в магазине – santeria.com.ua возможно выбрать и купить уголки для кафеля, множество преимуществ достаточно хорошо описаны. Цены достаточно низкие! Воспользуйтесь такой возможностью!

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *