Wetenschappers gebruiken magnetische nanotechnologie om bevroren weefsels veilig op te warmen voor transplantatie

Elke dag sterven er mensen terwijl ze wachten op een orgaantransplantatie. Tijd is schaars, niet alleen voor degenen die wachten op organen, maar ook voor de organen zelf, die snel kunnen verslechteren tijdens het transport.

Op zoek naar manieren om de levensvatbaarheid van menselijk weefsel te vergroten, rapport inNano-brieven hun pogingen om volledig invriezen, in plaats van afkoelen en vervolgens ontdooien, van potentieel levensreddende organen te vergemakkelijken. Ze tonen aan dat een magnetisch nanodeeltje dierlijk weefsel succesvol opwarmt.

Volgens het Organ Procurement and Transplantation Network staan ​​er in augustus 2024 meer dan 114.000 mensen op de Amerikaanse nationale wachtlijst voor transplantaties en sterven er jaarlijks ongeveer 6.000 voordat ze een orgaantransplantatie krijgen. Een reden hiervoor is het verlies van organen in koude opslag tijdens transport, wanneer vertragingen ervoor zorgen dat ze voortijdig opwarmen.

Er zijn methoden ontwikkeld om organen snel in te vriezen voor langdurige opslag zonder het risico op schade door ijskristalvorming, maar ijskristallen kunnen zich ook vormen tijdens opwarming. Om dit probleem aan te pakken, hebben Yadong Yin en collega’s een techniek ontwikkeld die bekend staat als nanowarming, ontwikkeld door medewerker John Bischof, om magnetische nanodeeltjes en magnetische velden te gebruiken om bevroren weefsels snel, gelijkmatig en veilig te ontdooien.

Onlangs ontwikkelden Yin en een team magnetische nanodeeltjes, in feite extreem kleine staafmagneten, die, wanneer ze werden blootgesteld aan wisselende magnetische velden, warmte genereerden. En die warmte ontdooide snel dierlijke weefsels die waren opgeslagen bij -238 graden Fahrenheit (-150 graden Celsius) in een oplossing van de nanodeeltjes en een cryoprotectief middel.

De onderzoekers vreesden echter dat een ongelijke verdeling van de nanodeeltjes in de weefsels oververhitting zou kunnen veroorzaken op de plekken waar de deeltjes zich verzamelen. Dit zou bij hoge temperaturen kunnen leiden tot weefselschade en toxiciteit door het cryoprotectieve middel.

Om deze risico’s te verminderen, hebben de onderzoekers hun onderzoek voortgezet en gewerkt aan een tweefasenbenadering die de nanowarming-snelheden nauwkeuriger controleert. Ze beschrijven dit proces:

• Gekweekte cellen of dierlijke weefsels werden ondergedompeld in een oplossing met magnetische nanodeeltjes en een cryoprotectieve stof en vervolgens ingevroren met vloeibare stikstof.
• In de eerste fase van het ontdooien zorgde een wisselend magnetisch veld, net als voorheen, voor een snelle opwarming van het dierlijk weefsel.
• Toen de monsters de smelttemperatuur van het cryoprotectieve middel bereikten, pasten de onderzoekers een horizontaal statisch magnetisch veld toe.
• Het tweede veld bracht de nanodeeltjes opnieuw in lijn, waardoor de warmteproductie effectief werd afgeremd.

De verhitting vertraagde het snelst in gebieden met meer nanodeeltjes, wat de zorgen over problematische hotspots dempte. Door de methode toe te passen op gekweekte menselijke huidfibroblasten en op varkenshalsslagaders, merkten de onderzoekers op dat de levensvatbaarheid van de cellen hoog bleef na opwarming gedurende een paar minuten, wat suggereert dat het ontdooien zowel snel als veilig was.

Volgens de onderzoekers brengt het vermogen om de opwarming van weefsel nauwkeurig te regelen ons een stap dichter bij langdurige cryopreservatie van organen en de hoop op meer levensreddende transplantaties voor patiënten.