Scopri come gli scienziati cercano di proteggere il fegato dalle minacce biologiche.
La crioconservazione non è ancora una procedura di uso comune. Tuttavia, procedure simili che prevedono l'uso di basse temperature sono sempre più utilizzate nella medicina moderna. Il trapianto di organi è un campo che ha sfruttato con successo i vantaggi offerti dalle basse temperature conservazione . Tuttavia, questi risultati comportano dei limiti che la scienza deve ancora superare. Come nel caso di crionica, il perfezionamento dei metodi di conservazione sembra essere la soluzione alla maggior parte dei problemi attuali.
In questo articolo facciamo luce sull'attuale utilizzo delle temperature fredde in medicina a scopo di conservazione.
Gli scienziati devono affrontare molteplici sfide quando si tratta di trapianto di organi. La maggior parte è legata al trasporto e a conservazione e potrebbe essere drasticamente alleggerita se in futuro venissero inventati sistemi di conservazione migliori. Il corpo è perfetto così com'è e gli organi non amano essere messi in altri ambienti.
Diamo uno sguardo ai problemi principali del trapianto di organi oggi.
Gli organi non crescono sugli alberi(ma presto potrebbero crescere nei laboratori). Per ora si trovano solo in altri esseri viventi. Poiché la maggior parte dei nostri organi è vitale per la sopravvivenza, ciò significa che si può donare un fegato intero solo in caso di morte (sebbene siano possibili donazioni parziali per gli esseri umani sani).
Molti Paesi del mondo hanno cercato di combattere questa carenza modificando le loro norme sulla donazione di organi con un sistema "opt-out" (ad esempio Francia, Spagna, Italia) invece che "opt-in" (ad esempio Germania, Regno Unito). Quindi, se morite in uno di questi Paesi, ad esempio in Francia, la legge stabilisce che i vostri organi possono essere donati agli ospedali, a meno che non facciate esplicitamente capire che non volete che ciò accada.
L'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) stima che il 90% del fabbisogno mondiale di trapianti d'organo non sia attualmente soddisfatto. Contando tutti i decessi per malattie d'organo allo stadio terminale, questo numero è ancora più alto. Soprattutto l'Africa, che rappresenta il 16% della popolazione mondiale, esegue solo lo 0,5% dei trapianti di organi a causa dello scarso accesso agli organi dei donatori.
Gli organi di donatori vitali vengono espiantati da persone decedute di recente, perché devono essere ancora funzionali al momento del trapianto. La sopravvivenza a lungo termine dell'organo è garantita solo all'interno di un sistema vascolare funzionante (e compatibile), rendendo gli organi di breve durata quando vengono rimossi dal corpo. Questa limitazione temporale richiede un metodo adeguato conservazione che consenta di mantenere intatta la funzionalità dell'organo. Attualmente la pratica standard è la cosiddetta conservazione statica a freddo (SCS).
Gli organi vengono conservati in una soluzione di conservazione e raffreddati a una temperatura statica di 4°C, entrando nello stato di ischemia fredda. Sebbene questo metodo ci permetta di prevenire la disfunzione per un periodo di tempo significativamente più lungo del solito, i tempi per il trapianto sono ancora piuttosto limitati. Il tempo massimo di conservazione per i fegati è in media di 12-16 ore, per i reni di 24-36 ore e per i cuori di appena 4-6 ore. Intervalli conservazione più bassi riducono la possibilità di complicazioni future nell'organismo del nuovo ospite.
L'impossibilità di conservare gli organi più a lungo ne riduce notevolmente la disponibilità. Temperature più basse e costanti consentirebbero in teoria una migliore conservazione, ma causerebbero ulteriori lesioni ischemiche e la formazione di cristalli di ghiaccio, cosa che i medici vogliono evitare a tutti i costi.
Oggi sappiamo che le temperature sotto zero non sono necessariamente correlate a lesioni ischemiche. Per averne la prova basta guardare alla natura. Le specie con una tolleranza naturale alle basse temperature esterne hanno mostrato due approcci diversi alla vita sotto zero: la tolleranza al congelamento e l'evitamento del congelamento.
La tolleranza al gelo è presente in alcune rane, come le rane di legno, e in alcune tartarughe, come la comune tartaruga scatola. I meccanismi biochimici di queste creature comprendono la regolazione della formazione di ghiaccio extracellulare e la riduzione del volume cellulare. Ciò consente loro di sopravvivere in uno stato di congelamento per diversi giorni o addirittura settimane, entrando in biostasi.
L'evitamento del congelamento, invece, impedisce che si verifichi completamente. Molti insetti sono in grado di compiere questa impresa sfruttando la depressione del punto di congelamento e il superraffreddamento. L'acqua di solito congela a 0°C a causa della presenza di particelle superficiali esterne che riorientano le molecole d'acqua in cristalli. Una volta formatosi il nucleo iniziale, si verifica una reazione che unisce le singole molecole d'acqua in una forma solida che conosciamo come "ghiaccio". Gli animali che evitano il congelamento impediscono che questa reazione avvenga aggiungendo ai loro fluidi corporei molecole specializzate, che modificano il loro punto di congelamento abbassandolo. Queste molecole permettono il superraffreddamento, cioè l'abbassamento dei liquidi al di sotto del loro punto di congelamento senza che diventino solidi, e li aiutano a sopravvivere a temperature altrimenti letali. Trovare un modo per riutilizzare il superraffreddamento per i trapianti di fegato potrebbe portare a un aumento sostanziale del tempo di conservazione senza danneggiare l'organo.
L'evitamento del congelamento viene utilizzato anche in crionica, attraverso l'impiego di agenti crioprotettivi (CPA). Questo non è correlato al "superraffreddamento". Questi agenti sono utilizzati per la vitrificazione, uno stato di conservazione simile al vetro che si verifica a circa -130°C (per saperne di più).
La ricerca suggerisce che: "In natura, l'evitamento del congelamento comporta alcuni rischi, poiché la temperatura non può scendere al di sotto del punto di congelamento depresso. Tuttavia, in ambienti a temperatura controllata, come la conservazione degli organi, può essere altamente applicabile."[1]
Eliminando i fattori esterni indesiderati, gli scienziati possono utilizzare il superraffreddamento e altre tecniche di conservazione sotto zero con maggiore precisione. Di conseguenza, la qualità di tali conservazioni aumenta.
Il superraffreddamento si è dimostrato la tecnica di raffreddamento più efficace per i fegati umani. In ambienti controllati, la vitalità e la funzionalità sono rimaste praticamente invariate prima e dopo la procedura e i fegati sono stati in grado di sopportare lo stress termico di un trapianto simulato.[2]
I ricercatori sono concordi nell'affermare che una riduzione anche minima della temperatura può migliorare notevolmente la conservazione del fegato.[3] L'utilizzo del superraffreddamento è attualmente in grado di raggiungere temperature leggermente inferiori a 0°C. Inoltre, la scalabilità del superraffreddamento per gli organi umani è limitata. Ciò è dovuto alla formazione stocastica di ghiaccio dipendente dal volume, ovvero alla maggiore probabilità di formazione di ghiaccio negli organismi più grandi. Il superraffreddamento funziona straordinariamente bene per gli insetti a causa delle loro piccole dimensioni. La difficoltà di scalare questo processo fino alle dimensioni degli organi umani, come il fegato, impedisce agli scienziati di raggiungere temperature più basse senza superare il punto di congelamento depresso.
La vetrificazione, utilizzata in criopreservazioneè la forma di conservazione più promettente, grazie al completo arresto dell'attività biologica e al basso rischio di lesioni da congelamento che promuove. Tuttavia, oggi la vitrificazione non è utilizzata nei trapianti d'organo perché non è stato inventato un riscaldamento efficiente e non dannoso (devitrificazione).
Ciononostante, la ricerca sul metodo di conservazione ideale è in corso e gli esperimenti pubblicati di recente[4] indicano progressi nel campo. In un rapporto sulla conservazione dei reni tramite vitrificazione si legge: "[...] il gruppo è stato in grado di devitrificare, ripristinare la funzione renale e sostenere la vita come unico rene dopo l'autotrapianto". Questo caso isolato rimane l'unica segnalazione di successo della vitrificazione di organi solidi di grandi dimensioni, (ma) è promettente per il futuro della vitrificazione sull'ottimizzazione della soluzione di vitrificazione e dei regimi di raffreddamento-riscaldamento".
La crioconservazione e la vitrificazione sono una scienza con un enorme potenziale per il trapianto di organi e per il prolungamento della vita attraverso criopreservazione. Sebbene siano necessarie ulteriori ricerche prima che il superraffreddamento e, in ultima analisi, la vitrificazione possano sostituire gli attuali metodi standard conservazione di fegati e altri organi, i primi esperimenti di successo sono promettenti.
Noi di Tomorrow Bio lavoriamo per aumentare le nostre conoscenze sulla prevenzione del congelamento tramite agenti crioprotettivi e sulla vitrificazione, conducendo le nostre ricerche. La rivitalizzazione degli organi dopo la vitrificazione è un aspetto chiave che crionica desidera risolvere. È un passo importante per realizzare la visione di rianimazione in futuro attraverso criopreservazione .
Volete saperne di più su criopreservazione? Non esitate a fissare una telefonata con noi in qualsiasi momento! Siamo felici di parlare con voi!
Link e riferimenti:
[1,3,4] Bruinsma BG, Uygun K. Conservazione degli organi sotto zero: l'alba di una nuova era glaciale? Curr Opin Organ Transplant. 2017 Jun;22(3):281-286. doi: 10.1097/MOT.0000000000000403. PMID: 28266941; PMCID: PMC5520671.
[2] de Vries RJ, Tessier SN, Banik PD, Nagpal S, Cronin SEJ, Ozer S, Hafiz EOA, van Gulik TM, Yarmush ML, Markmann JF, Toner M, Yeh H, Uygun K. Il superraffreddamento prolunga il tempo di conservazione dei fegati umani. Nat Biotechnol. 2019 Oct;37(10):1131-1136. doi: 10.1038/s41587-019-0223-y. Epub 2019 Sep 9. PMID: 31501557; PMCID: PMC6776681.
Giwa, S., Lewis, J., Alvarez, L. et al. La promessa della conservazione di organi e tessuti per trasformare la medicina. Nat Biotechnol 35, 530-542 (2017). https://doi.org/10.1038/nbt.3889
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