Perfuzja krioprotekcyjna nie oznacza zastąpienia w organizmie każdej molekuły wody. To kontrolowana próba rozprowadzenia skoncentrowanego roztworu przez układ naczyniowy.
Celem jest ograniczenie tworzenia się lodu podczas chłodzenia przy jednoczesnym ograniczeniu stresu osmotycznego, toksyczności chemicznej i uszkodzeń mechanicznych.
Dlaczego krioprotektanty są niezbędne
Chłodzenie tkanki biologicznej bez odpowiedniej ochrony zwykle prowadzi do powstawania lodu. Powstawanie lodu wypiera wodę i substancje rozpuszczone, deformuje tkanki oraz może uszkadzać błony komórkowe i struktury pozakomórkowe.
Krioprotektanty ograniczają tworzenie się lodu i umożliwiają witryfikację przy osiągalnych szybkościach chłodzenia.
Witryfikacja polega na przejściu roztworu w stan szklisty, czyli amorficzny, zamiast na tworzeniu kryształów lodu. Jest to stan fizyczny, nie dowód na to, że każda komórka zachowuje żywotność.
Ważnym krokiem w rozwoju badań nad witryfikacją była praca poświęcona temu zjawisku, opublikowana w 1984 roku w czasopiśmie Cryobiology poświęcona witryfikacji.
Dostęp, wypłukanie krwi i krążenie
Droga chirurgiczna zależy od protokołu i stanu pacjenta. Do dużych naczyń wprowadza się kaniule, aby zapewnić dopływ i odpływ perfuzatu.
Najpierw przez układ krążenia przepuszcza się chłodny roztwór nośnikowy, który wypłukuje krew, pomaga utrzymać pH i objętość płynu oraz przygotowuje naczynia do podania krioprotektantu.
Nie oznacza to jednak, że układ naczyniowy zaczyna pracę od zera. Zakrzepy, obrzęki, zmiany miażdżycowe, urazy i zmiany pośmiertne w naczyniach nadal wpływają na przebieg perfuzji.
Ciśnienie, przepływ i temperaturę należy monitorować łącznie. Wyższe ciśnienie może poprawić rozprowadzenie roztworu, ale nadmierne ciśnienie może pogłębić obrzęk lub uszkodzić naczynia.
Dlaczego stężenie rośnie stopniowo
Nagłe narażenie na skoncentrowany krioprotektant wywołuje duże gradienty osmotyczne. Komórki mogą szybko się obkurczać, a tkanka może zostać uszkodzona nawet bez udziału lodu.
Protokoły zwiększają więc stężenie etapami, zachowując niskie temperatury. Niższe temperatury zwykle zmniejszają szybkość reakcji i toksyczność, ale zmieniają też lepkość i przepływ roztworu.
Próbki pobrane z dopływu i odpływu żylnego można analizować refraktometrycznie. Zbliżanie się wartości uzyskanych w obu próbkach wskazuje, że stężenie krążącego roztworu osiąga poziom docelowy.
Nie oznacza to jednak, że stężenie jest jednakowe we wszystkich tkankach. Perfuzat rozprowadza się siecią naczyń, a stopień perfuzji poszczególnych obszarów organizmu może być nierówny.
Punkt końcowy to szacunek
Perfuzję uznaje się za zakończoną po osiągnięciu wartości określonych w protokole dla stężenia, temperatury, ciśnienia, przepływu i czasu ekspozycji lub wtedy, gdy dalsze krążenie nie przynosi już poprawy.
Nie należy więc twierdzić, że cały organizm pacjenta został doskonale zwitryfikowany. Można natomiast stwierdzić, że dostępne pomiary wskazują na określony poziom krioprotekcji i jej rozkład w organizmie.
Tomorrow.bio prowadzi krioprotekcję w warunkach terenowych przed dalszym transportem. Publiczny opis procedury podaje, że krioprotektant wprowadza się stopniowo po ustabilizowaniu pacjenta.
W publicznie dostępnych materiałach opisano również stosowanie zoptymalizowanej formuły VM-1. Najnowszy raport badawczy EBF opisuje trwające prace nad walidacją procedur po symulacji niedokrwienia pośmiertnego.
Co może pójść nie tak
Słaby dostęp naczyniowy może pozbawić niektóre obszary odpowiedniej perfuzji. Krioprotektanty mogą działać toksycznie. Gradienty temperatury i gradienty osmotyczne mogą uszkadzać tkanki.
Ograniczenia te nie oznaczają, że perfuzja jest bezcelowa. Pokazują natomiast, dlaczego skuteczność protokołu należy oceniać na podstawie pomiarów, a nie przyjmować jej z góry.
Po perfuzji następuje transport oraz etap kontrolowanego transportu oraz kontrolowanego schładzania przez przejście szkliste.
Późniejsze badanie tomografii komputerowej pozwala ocenić niektóre aspekty rozprowadzenia krioprotektantu i tworzenia się lodu, opisane w rozdziale poświęconym kontroli jakości biostazy.
W skrócie: W skrócie: podczas perfuzji krew jest wypłukiwana, a roztwór krioprotekcyjny rozprowadza się przez układ krążenia. Zabieg musi godzić ograniczenie lodu z toksycznością, stresem osmotycznym i nierównym rozprowadzeniem roztworu.
Narzędzie praktyczne w szczegółach
Interaktywne narzędzie pomaga zbadać pytanie poruszone w tym artykule.
Wczytywanie narzędzia interaktywnego...
Dalsze lektury