मंगलवार, 22 अप्रैल, 2014। कल्पना कीजिए कि डॉक्टर फ्रीजर खोल सकते हैं और जीवन रक्षक ऑपरेशन में उपयोग करने के लिए किडनी, लीवर या दिल का चयन कर सकते हैं। निम्नलिखित बताता है कि यह हासिल करना इतना मुश्किल क्यों है।
यदि आपको एक नई किडनी, एक प्रतिस्थापन हृदय या एक अन्य महत्वपूर्ण अंग की आवश्यकता है, तो आपके पास कई विकल्प नहीं हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि जब प्रत्यारोपण के लिए स्वस्थ मानव अंगों की बात आती है, जो जीवन को बचा सकता है, तो आपूर्ति और मांग के बीच एक बड़ा अंतर है।
संयुक्त राज्य में, 2013 में 26, 517 अंगों का प्रत्यारोपण किया गया था, लेकिन 120, 000 से अधिक रोगी प्रतीक्षा सूची में हैं। सीधे शब्दों में कहें, सभी के लिए पर्याप्त दान नहीं हैं।
इससे भी बदतर, कभी-कभी उपलब्ध होने वाले अंगों को बर्बाद कर दिया जाता है क्योंकि उनके पास दाता से एक बार हटाए जाने के बाद अधिक शेल्फ जीवन नहीं होता है।
फिलहाल, सबसे अच्छा हम उन्हें एक या दो दिनों के लिए 0 डिग्री सेल्सियस से ऊपर एक विशेष समाधान में रख सकते हैं, जो उन रोगियों को खोजने के लिए ज्यादा समय नहीं देता है जो उन्हें प्राप्त करने के लिए पूरी तरह से संगत प्राप्तकर्ता हैं।
लेकिन एक संभावित उत्तर है। अगर वैज्ञानिकों को अंगों को जमने और क्षति के बिना वापस लाने का कोई तरीका मिल सकता है, तो हम संभवतः उन्हें हफ्तों या महीनों तक रख सकते हैं।
प्रयोगशाला में डिज़ाइन किए गए अंगों के साथ भी ऐसा ही किया जा सकता है, अगर हम उन्हें बनाने में सक्षम हों। इसे ध्यान में रखते हुए, क्लिक ऑर्गन प्रोटेक्शन एलायंस, कैलिफोर्निया के नासा रिसर्च पार्क में सिंगुलरिटी यूनिवर्सिटी की प्रयोगशालाओं से जुड़ी एक चैरिटी, इस संबंध में प्रगति को प्रोत्साहित करने वालों के लिए एक करोड़पति पुरस्कार बनाने की योजना बना रहा है।
तो, क्या हम ऐसा समय देख सकते हैं जब प्रत्यारोपण सर्जन फ्रीजर खोलते हैं और जीवन रक्षक ऑपरेशन करने के लिए किडनी, लीवर या दिल का चयन करते हैं?
वैज्ञानिक 40 वर्षों से मानव कोशिकाओं के छोटे समूहों को क्रायोप्रेसिंग या सफलतापूर्वक ठंड कर रहे हैं।
वे तथाकथित क्रायोप्रोटेक्टेंट यौगिकों के समाधान के साथ कोशिकाओं में बाढ़ आने वाले डिंब और भ्रूण को संरक्षित करते हैं, जो बर्फ के क्रिस्टल के गठन को रोकते हैं जो कोशिकाओं को नष्ट कर सकते हैं और उन्हें घातक संकुचन से भी बचा सकते हैं।
दुर्भाग्य से, वे बड़ी बाधाओं का सामना करते हैं जब वे इस प्रक्रिया को बड़े पैमाने पर लागू करने की कोशिश करते हैं, क्योंकि सबसे जटिल अंगों और ऊतकों के भीतर वास्तुकला बर्फ के क्रिस्टल से संबंधित क्षति के लिए बहुत अधिक असुरक्षित है।
हालांकि, शोधकर्ताओं के एक छोटे समूह ने हार नहीं मानी है और प्रकृति के सुराग के बाद, चुनौती की तैयारी कर रहे हैं।
उदाहरण के लिए, अंटार्कटिका में बर्फ-मछली एंटीफ्रीज प्रोटीन (एएफपी) की बदौलत -2 डिग्री सेल्सियस पर बहुत ठंडे पानी में बच जाती है, जो उनके शरीर के तरल पदार्थ के हिमांक को कम करती है और बांध देती है इसके प्रसार को रोकने के लिए बर्फ के क्रिस्टल।
शोधकर्ताओं ने अंटार्कटिक बर्फ-मछली AFP युक्त समाधान का उपयोग चूहे के दिल को शून्य से कुछ डिग्री नीचे 24 घंटे तक की अवधि के संरक्षण के लिए किया है।
हालांकि, कम तापमान पर इस पशु के एएफपी में प्रति-प्रभावकारी प्रभाव पड़ता है: वे बर्फ के क्रिस्टल के गठन को तेज करते हैं जो कोशिका झिल्ली को छेदते हैं।
एक और एंटीफ् beीज़र कंपाउंड जो हाल ही में अलास्का बीटल में खोजा गया है जो -60 ° C को सहन कर सकता है और अधिक उपयोगी हो सकता है।
लेकिन अकेले एंटीफ् jobीज़र तत्व काम नहीं करने वाले हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि फ्रीजिंग कोशिकाओं के अंदर और बाहर तरल पदार्थों के प्रवाह को प्रभावित करके कोशिकाओं को भी नष्ट कर देता है।
बर्फ कोशिकाओं के बीच रिक्त स्थान में बनता है, तरल की मात्रा को कम करता है और भंग लवण और अन्य आयनों की एकाग्रता में वृद्धि करता है। क्षतिपूर्ति के लिए कोशिकाओं से पानी निकलता है, जिससे वे विल्ट हो जाते हैं और मर जाते हैं।
डिंब और भ्रूण में, ग्लिसरॉल जैसे क्रायोप्रोटेक्टिव यौगिक बहुत उपयोगी होते हैं: वे न केवल कोशिकाओं के भीतर बर्फ के गठन को रोकने के लिए पानी को विस्थापित करते हैं, बल्कि कोशिका संकुचन और मृत्यु को रोकने में भी मदद करते हैं।
समस्या यह है कि ये यौगिक अंगों में एक ही जादू के साथ काम नहीं कर सकते हैं। एक ओर, ऊतक कोशिकाएं बर्फ के प्रवेश के लिए अधिक संवेदनशील होती हैं।
और यहां तक कि जब कोशिकाओं को संरक्षित किया जाता है, तो बर्फ के क्रिस्टल जो उनके बीच के रिक्त स्थान में होते हैं, वे बाह्य संरचनाओं को नष्ट कर देते हैं जो अंग को एक साथ रखते हैं और इसके कार्य को सुविधाजनक बनाते हैं।
आइसिंग के खतरों को दूर करने का एक तरीका यह है कि इसे होने से रोका जाए। यही कारण है कि कुछ वैज्ञानिक विट्रीफिकेशन नामक तकनीक के लिए प्रतिबद्ध हैं, जिससे ऊतक इतने ठंडे हो जाते हैं कि वे एक बर्फ-रहित गिलास बन जाते हैं।
विधि पहले से ही कुछ प्रजनन क्लीनिकों द्वारा उपयोग की जाती है और जटिल ऊतकों के संरक्षण के बारे में अब तक के सबसे उत्साहजनक परिणामों में से कुछ का उत्पादन किया है।
उदाहरण के लिए, 2000 में, चार्ल्स टेलर, साउथ कैरोलिना के सेल एंड टिशू सिस्टम्स में माइक टेलर और उनके सहयोगियों ने खरगोश की नस के 5 सेमी लंबे खंडों को विच्छेदित किया, जो कोशिकाओं और अंगों के संदर्भ में स्थित है जटिलता और पता चला है कि वे हीटिंग के बाद अपने अधिकांश फ़ंक्शन को बनाए रखते हैं।
दो साल बाद, कैलिफोर्निया स्थित क्रायोप्रेज़र्वेशन रिसर्च कंपनी, 21 वीं-सेंचुरी मेडिसिन में ग्रेग फेही और उनके सहयोगियों ने एक सफलता हासिल की: उन्होंने एक खरगोश की किडनी को कांच के संक्रमण तापमान से नीचे रखते हुए, इसे vitrified किया - 10 मिनट के लिए 122 डिग्री सेल्सियस, इसे जांचने के लिए वध करने से पहले 48 दिनों तक जीवित रहने वाले खरगोश के लिए इसे डीफ्रॉस्ट और ट्रांसप्लांट करने से पहले।
"यह पहली बार था कि बाद के जीवन समर्थन के साथ एक महत्वपूर्ण अंग क्रायोप्रेसिव और प्रत्यारोपित किया गया था, " फेही कहते हैं। "यह सबूत था कि यह एक यथार्थवादी प्रस्ताव था।"
लेकिन किडनी एक स्वस्थ संस्करण के रूप में अच्छी तरह से काम नहीं करती थी, मुख्यतः क्योंकि एक विशेष भाग, मज्जा, क्रायोप्रोटेक्टेंट समाधान को अवशोषित करने में अधिक समय लेती थी, जिसका अर्थ था कि डीफ्रॉस्टिंग के दौरान कुछ बर्फ का गठन।
"हालांकि हम महान आत्माओं में थे, हम यह भी जानते थे कि हमें सुधार करना होगा, " फही कहते हैं।
टेलर ने कहा, '' हम सबसे करीब आ गए हैं। '' "यह 10 साल पहले की तुलना में अधिक था, और यदि तकनीक पर्याप्त रूप से मजबूत थी, तो खोजने के लिए रिपोर्टिंग और अनुवर्ती अध्ययन होना चाहिए था, कुछ ऐसा जो अस्तित्व में नहीं है।"
फाही कहते हैं, प्रगति धीमी रही है, भाग में, क्योंकि यह एक रसायन का उत्पादन बंद कर दिया था जो उसकी विधि का एक महत्वपूर्ण हिस्सा था। हालांकि, उनके समूह ने जमीन हासिल कर ली है और आगे बढ़ गए हैं: 2013 में क्रायोबायोलॉजी सोसायटी की वार्षिक बैठक में, फेही ने एक ऐसा तरीका पेश किया जिससे क्रायोप्रोटेक्टेंट्स के साथ कॉर्ड को अधिक तेज़ी से लोड करने की अनुमति मिलती है।
फाहि के आशावाद के बावजूद, यह स्पष्ट है कि जब बड़े अंगों को संरक्षित करने की बात आती है, तो विट्रीफिकेशन कुछ कठिन चुनौतियों का सामना करता है। के साथ शुरू करने के लिए, क्रायोप्रोटेक्टेंट्स की उच्च सांद्रता (पारंपरिक धीमी गति से शीतलन की तुलना में कम से कम पांच गुना अधिक) जो उन कोशिकाओं और ऊतकों को जहर दे सकती हैं जिनकी उन्हें रक्षा करने की आवश्यकता होती है।
समस्या को बड़े ऊतकों से उगाया जाता है क्योंकि यौगिकों को लोड करने के लिए अधिक समय की आवश्यकता होती है, जिसका अर्थ है कि धीमी गति से ठंडा होने वाला समय और विषाक्त होने के अधिक अवसर। इसके अलावा, यदि शीतलन बहुत तेज है या बहुत कम तापमान तक पहुंचता है, तो दरारें दिखाई दे सकती हैं।
यह बेहद नाजुक हीटिंग प्रक्रिया अधिक बाधाओं को प्रस्तुत करती है। यदि विट्रीफ़ाइड नमूना जल्दी या काफी समान रूप से गर्म नहीं होता है, तो कांचाई क्रिस्टलीकरण, विचलन के रूप में जानी जाने वाली प्रक्रिया और, फिर से, क्रैकिंग का रास्ता दे सकती है।
(यह) एक चुनौती है जिसे हमने अभी तक दूर नहीं किया है, "मिनेसोटा विश्वविद्यालय में क्रायोबोलॉजिस्ट और इंजीनियर जॉन बिस्कोफ कहते हैं, " सीमित कारक वह गति और एकरूपता है जिसके साथ हम इसे परिभाषित कर सकते हैं। "और ऐसा इसलिए है क्योंकि वार्मिंग आमतौर पर बाहर से अंदर तक की जाती है।
पिछले साल, बिशोफ़ और स्नातक छात्र माइकल एथरिज ने समस्या को हल करने का एक तरीका प्रस्तावित किया: क्रायोप्रोटेक्टेंट समाधान के लिए चुंबकीय नैनोकणों को जोड़ें।
यह विचार है कि कण ऊतक के माध्यम से फैलते हैं और, एक बार चुंबकीय क्षेत्र से उत्साहित होते हैं, सब कुछ जल्दी और समान रूप से गर्म करते हैं। यह जोड़ी वर्तमान में टेलर और उनके सहयोगियों के साथ खरगोशों की धमनियों में विधि का परीक्षण करने के लिए काम कर रही है।
अधिकांश भाग के लिए, क्षेत्र में प्रगति परीक्षण और त्रुटि से हुई है: समाधान के परीक्षण संयोजन और ठंड और विगलन के तरीके।
लेकिन शोधकर्ताओं ने यह भी जांचना शुरू कर दिया है कि कोशिकाओं और ऊतकों में बर्फ कैसे व्यवहार करता है और अधिक बारीकी से जांच करने के लिए नई प्रौद्योगिकियों का लाभ उठाएं।
यदि प्रक्रियाओं को विस्तार से समझा जाता है, तो यह उम्मीद की जा सकती है कि उन्हें नियंत्रित करने के लिए अभिनव और अधिक प्रभावी तरीके तैयार किए जा सकते हैं।
पिछले 12 महीनों में इस क्षेत्र में महत्वपूर्ण प्रगति हुई है। टेलर, जो पिट्सबर्ग में कार्नेगी मेलन विश्वविद्यालय में एक मैकेनिकल इंजीनियर, योएड राबिन के साथ काम करते हैं, ने एक नया उपकरण पेश किया जो बड़े वॉल्यूम फैब्रिक पर उच्च-रिज़ॉल्यूशन पूर्ण-रंग थर्मल छवियों के दृश्य की अनुमति देता है।
इस बीच, पेंसिल्वेनिया में विलानोवा विश्वविद्यालय के जेन्स कार्लसन ने हाल ही में अल्ट्रा-स्लो-मोशन माइक्रोस्कोपिक वीडियो दृश्यों को पकड़ा है, जिस क्षण से बर्फ दो कसकर बंधी कोशिकाओं के बीच छोटी जेब में प्रवेश करती है और फिर उनके भीतर क्रिस्टलीकरण का कारण बनती है।
इन तरीकों के दृष्टिकोण से फ्रीजिंग प्रक्रिया में हेरफेर करने के तरीके पर नए विचार लाए जा सकते हैं, कार्लसन ने कहा, जो यह पता लगाने की कोशिश कर रहा है कि ठंड और विगलन प्रक्रिया के सावधानीपूर्वक नियंत्रण के माध्यम से ऊतकों को कैसे रोपाई करना है, बजाय विट्रीफिकेशन का।
एक संभावना आनुवांशिक रूप से डिजाइन कोशिकाओं की है जो सेल-सेल जंक्शन बनाने के लिए राजी हो सकती हैं जो क्रायोप्रेज़र्वेशन का विरोध करने में सक्षम हैं। अगला कार्य बाह्य बर्फ के गठन को निर्देशित करने का एक तरीका खोजना होगा ताकि यह किसी अंग के कार्य को प्रभावित न करे।
कार्ल्ससन लाखों संभावित प्रोटोकॉल का प्रभावी ढंग से परीक्षण करने के लिए ठंड प्रक्रिया के कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग करने के लिए भी तैयार है।
कार्ल्ससन कहते हैं, "हमें प्रगति में तेजी लाने के लिए इस प्रकार के उपकरणों की आवश्यकता है, जो उस कार्य की तुलना" उस प्रयास के लिए समर्पित धन के एक अंश के साथ चंद्रमा तक पहुंचने की कोशिश कर रहे हैं। "
सीमित संसाधनों के साथ भी, क्षेत्र ने दिखाया है कि बर्फ-मुक्त क्रायोप्रेज़र्वेशन छोटे ऊतकों के लिए व्यावहारिक है, जैसे कि रक्त वाहिका खंड। टेलर कहते हैं, "वह बाधा जो बनी हुई है और वह महत्वपूर्ण है, " यह एक मानव अंग का पैमाना है।
कार्ल्ससन के लिए, जिन्हें संदेह है कि इस तरह के प्रयासों को "दीवार में टकरा सकता है", इससे पहले कि कभी विरूपता मानव अंगों की सेवा करती है, ठंड के तरीके (या जिसे वह बर्फ-आधारित तरीके कहते हैं) एक बराबर या यहां तक कि एक मार्ग का प्रतिनिधित्व करते हैं। सफलता के प्रति अधिक विश्वसनीय।
लेकिन एक अंतिम धारणा है जिसे गंभीरता से लिया जाना चाहिए। "कोई क्रायोप्रेज़र्वेशन तकनीक घटक कोशिकाओं के 100% अस्तित्व की पेशकश नहीं करती है, " टेलर कहते हैं।
"कई अनुप्रयोगों में इसे सहन किया जा सकता है, लेकिन एकल अंग के लिए इसका मतलब भंडारण या स्थानान्तरण के बाद मरम्मत के लिए काफी हद तक चोट लग सकता है।"
अंत में, इसका मतलब है कि नमूनों की तुलना में क्रायोप्रेशर कितना भी अच्छा क्यों न हो, वे नए अधिग्रहीत अंगों की तुलना में हीन गुणवत्ता के होने की संभावना रखते हैं।
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यदि आपको एक नई किडनी, एक प्रतिस्थापन हृदय या एक अन्य महत्वपूर्ण अंग की आवश्यकता है, तो आपके पास कई विकल्प नहीं हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि जब प्रत्यारोपण के लिए स्वस्थ मानव अंगों की बात आती है, जो जीवन को बचा सकता है, तो आपूर्ति और मांग के बीच एक बड़ा अंतर है।
संयुक्त राज्य में, 2013 में 26, 517 अंगों का प्रत्यारोपण किया गया था, लेकिन 120, 000 से अधिक रोगी प्रतीक्षा सूची में हैं। सीधे शब्दों में कहें, सभी के लिए पर्याप्त दान नहीं हैं।
इससे भी बदतर, कभी-कभी उपलब्ध होने वाले अंगों को बर्बाद कर दिया जाता है क्योंकि उनके पास दाता से एक बार हटाए जाने के बाद अधिक शेल्फ जीवन नहीं होता है।
फिलहाल, सबसे अच्छा हम उन्हें एक या दो दिनों के लिए 0 डिग्री सेल्सियस से ऊपर एक विशेष समाधान में रख सकते हैं, जो उन रोगियों को खोजने के लिए ज्यादा समय नहीं देता है जो उन्हें प्राप्त करने के लिए पूरी तरह से संगत प्राप्तकर्ता हैं।
लेकिन एक संभावित उत्तर है। अगर वैज्ञानिकों को अंगों को जमने और क्षति के बिना वापस लाने का कोई तरीका मिल सकता है, तो हम संभवतः उन्हें हफ्तों या महीनों तक रख सकते हैं।
प्रयोगशाला में डिज़ाइन किए गए अंगों के साथ भी ऐसा ही किया जा सकता है, अगर हम उन्हें बनाने में सक्षम हों। इसे ध्यान में रखते हुए, क्लिक ऑर्गन प्रोटेक्शन एलायंस, कैलिफोर्निया के नासा रिसर्च पार्क में सिंगुलरिटी यूनिवर्सिटी की प्रयोगशालाओं से जुड़ी एक चैरिटी, इस संबंध में प्रगति को प्रोत्साहित करने वालों के लिए एक करोड़पति पुरस्कार बनाने की योजना बना रहा है।
क्या क्रायोप्रेसर्व करना संभव है?
तो, क्या हम ऐसा समय देख सकते हैं जब प्रत्यारोपण सर्जन फ्रीजर खोलते हैं और जीवन रक्षक ऑपरेशन करने के लिए किडनी, लीवर या दिल का चयन करते हैं?
वैज्ञानिक 40 वर्षों से मानव कोशिकाओं के छोटे समूहों को क्रायोप्रेसिंग या सफलतापूर्वक ठंड कर रहे हैं।
वे तथाकथित क्रायोप्रोटेक्टेंट यौगिकों के समाधान के साथ कोशिकाओं में बाढ़ आने वाले डिंब और भ्रूण को संरक्षित करते हैं, जो बर्फ के क्रिस्टल के गठन को रोकते हैं जो कोशिकाओं को नष्ट कर सकते हैं और उन्हें घातक संकुचन से भी बचा सकते हैं।
दुर्भाग्य से, वे बड़ी बाधाओं का सामना करते हैं जब वे इस प्रक्रिया को बड़े पैमाने पर लागू करने की कोशिश करते हैं, क्योंकि सबसे जटिल अंगों और ऊतकों के भीतर वास्तुकला बर्फ के क्रिस्टल से संबंधित क्षति के लिए बहुत अधिक असुरक्षित है।
हालांकि, शोधकर्ताओं के एक छोटे समूह ने हार नहीं मानी है और प्रकृति के सुराग के बाद, चुनौती की तैयारी कर रहे हैं।
उदाहरण के लिए, अंटार्कटिका में बर्फ-मछली एंटीफ्रीज प्रोटीन (एएफपी) की बदौलत -2 डिग्री सेल्सियस पर बहुत ठंडे पानी में बच जाती है, जो उनके शरीर के तरल पदार्थ के हिमांक को कम करती है और बांध देती है इसके प्रसार को रोकने के लिए बर्फ के क्रिस्टल।
शोधकर्ताओं ने अंटार्कटिक बर्फ-मछली AFP युक्त समाधान का उपयोग चूहे के दिल को शून्य से कुछ डिग्री नीचे 24 घंटे तक की अवधि के संरक्षण के लिए किया है।
हालांकि, कम तापमान पर इस पशु के एएफपी में प्रति-प्रभावकारी प्रभाव पड़ता है: वे बर्फ के क्रिस्टल के गठन को तेज करते हैं जो कोशिका झिल्ली को छेदते हैं।
एक और एंटीफ् beीज़र कंपाउंड जो हाल ही में अलास्का बीटल में खोजा गया है जो -60 ° C को सहन कर सकता है और अधिक उपयोगी हो सकता है।
लेकिन अकेले एंटीफ् jobीज़र तत्व काम नहीं करने वाले हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि फ्रीजिंग कोशिकाओं के अंदर और बाहर तरल पदार्थों के प्रवाह को प्रभावित करके कोशिकाओं को भी नष्ट कर देता है।
बर्फ कोशिकाओं के बीच रिक्त स्थान में बनता है, तरल की मात्रा को कम करता है और भंग लवण और अन्य आयनों की एकाग्रता में वृद्धि करता है। क्षतिपूर्ति के लिए कोशिकाओं से पानी निकलता है, जिससे वे विल्ट हो जाते हैं और मर जाते हैं।
डिंब और भ्रूण में, ग्लिसरॉल जैसे क्रायोप्रोटेक्टिव यौगिक बहुत उपयोगी होते हैं: वे न केवल कोशिकाओं के भीतर बर्फ के गठन को रोकने के लिए पानी को विस्थापित करते हैं, बल्कि कोशिका संकुचन और मृत्यु को रोकने में भी मदद करते हैं।
समस्या यह है कि ये यौगिक अंगों में एक ही जादू के साथ काम नहीं कर सकते हैं। एक ओर, ऊतक कोशिकाएं बर्फ के प्रवेश के लिए अधिक संवेदनशील होती हैं।
और यहां तक कि जब कोशिकाओं को संरक्षित किया जाता है, तो बर्फ के क्रिस्टल जो उनके बीच के रिक्त स्थान में होते हैं, वे बाह्य संरचनाओं को नष्ट कर देते हैं जो अंग को एक साथ रखते हैं और इसके कार्य को सुविधाजनक बनाते हैं।
कांच में रूपांतर
आइसिंग के खतरों को दूर करने का एक तरीका यह है कि इसे होने से रोका जाए। यही कारण है कि कुछ वैज्ञानिक विट्रीफिकेशन नामक तकनीक के लिए प्रतिबद्ध हैं, जिससे ऊतक इतने ठंडे हो जाते हैं कि वे एक बर्फ-रहित गिलास बन जाते हैं।
विधि पहले से ही कुछ प्रजनन क्लीनिकों द्वारा उपयोग की जाती है और जटिल ऊतकों के संरक्षण के बारे में अब तक के सबसे उत्साहजनक परिणामों में से कुछ का उत्पादन किया है।
उदाहरण के लिए, 2000 में, चार्ल्स टेलर, साउथ कैरोलिना के सेल एंड टिशू सिस्टम्स में माइक टेलर और उनके सहयोगियों ने खरगोश की नस के 5 सेमी लंबे खंडों को विच्छेदित किया, जो कोशिकाओं और अंगों के संदर्भ में स्थित है जटिलता और पता चला है कि वे हीटिंग के बाद अपने अधिकांश फ़ंक्शन को बनाए रखते हैं।
दो साल बाद, कैलिफोर्निया स्थित क्रायोप्रेज़र्वेशन रिसर्च कंपनी, 21 वीं-सेंचुरी मेडिसिन में ग्रेग फेही और उनके सहयोगियों ने एक सफलता हासिल की: उन्होंने एक खरगोश की किडनी को कांच के संक्रमण तापमान से नीचे रखते हुए, इसे vitrified किया - 10 मिनट के लिए 122 डिग्री सेल्सियस, इसे जांचने के लिए वध करने से पहले 48 दिनों तक जीवित रहने वाले खरगोश के लिए इसे डीफ्रॉस्ट और ट्रांसप्लांट करने से पहले।
"यह पहली बार था कि बाद के जीवन समर्थन के साथ एक महत्वपूर्ण अंग क्रायोप्रेसिव और प्रत्यारोपित किया गया था, " फेही कहते हैं। "यह सबूत था कि यह एक यथार्थवादी प्रस्ताव था।"
लेकिन किडनी एक स्वस्थ संस्करण के रूप में अच्छी तरह से काम नहीं करती थी, मुख्यतः क्योंकि एक विशेष भाग, मज्जा, क्रायोप्रोटेक्टेंट समाधान को अवशोषित करने में अधिक समय लेती थी, जिसका अर्थ था कि डीफ्रॉस्टिंग के दौरान कुछ बर्फ का गठन।
"हालांकि हम महान आत्माओं में थे, हम यह भी जानते थे कि हमें सुधार करना होगा, " फही कहते हैं।
टेलर ने कहा, '' हम सबसे करीब आ गए हैं। '' "यह 10 साल पहले की तुलना में अधिक था, और यदि तकनीक पर्याप्त रूप से मजबूत थी, तो खोजने के लिए रिपोर्टिंग और अनुवर्ती अध्ययन होना चाहिए था, कुछ ऐसा जो अस्तित्व में नहीं है।"
फाही कहते हैं, प्रगति धीमी रही है, भाग में, क्योंकि यह एक रसायन का उत्पादन बंद कर दिया था जो उसकी विधि का एक महत्वपूर्ण हिस्सा था। हालांकि, उनके समूह ने जमीन हासिल कर ली है और आगे बढ़ गए हैं: 2013 में क्रायोबायोलॉजी सोसायटी की वार्षिक बैठक में, फेही ने एक ऐसा तरीका पेश किया जिससे क्रायोप्रोटेक्टेंट्स के साथ कॉर्ड को अधिक तेज़ी से लोड करने की अनुमति मिलती है।
फाहि के आशावाद के बावजूद, यह स्पष्ट है कि जब बड़े अंगों को संरक्षित करने की बात आती है, तो विट्रीफिकेशन कुछ कठिन चुनौतियों का सामना करता है। के साथ शुरू करने के लिए, क्रायोप्रोटेक्टेंट्स की उच्च सांद्रता (पारंपरिक धीमी गति से शीतलन की तुलना में कम से कम पांच गुना अधिक) जो उन कोशिकाओं और ऊतकों को जहर दे सकती हैं जिनकी उन्हें रक्षा करने की आवश्यकता होती है।
समस्या को बड़े ऊतकों से उगाया जाता है क्योंकि यौगिकों को लोड करने के लिए अधिक समय की आवश्यकता होती है, जिसका अर्थ है कि धीमी गति से ठंडा होने वाला समय और विषाक्त होने के अधिक अवसर। इसके अलावा, यदि शीतलन बहुत तेज है या बहुत कम तापमान तक पहुंचता है, तो दरारें दिखाई दे सकती हैं।
यह बेहद नाजुक हीटिंग प्रक्रिया अधिक बाधाओं को प्रस्तुत करती है। यदि विट्रीफ़ाइड नमूना जल्दी या काफी समान रूप से गर्म नहीं होता है, तो कांचाई क्रिस्टलीकरण, विचलन के रूप में जानी जाने वाली प्रक्रिया और, फिर से, क्रैकिंग का रास्ता दे सकती है।
(यह) एक चुनौती है जिसे हमने अभी तक दूर नहीं किया है, "मिनेसोटा विश्वविद्यालय में क्रायोबोलॉजिस्ट और इंजीनियर जॉन बिस्कोफ कहते हैं, " सीमित कारक वह गति और एकरूपता है जिसके साथ हम इसे परिभाषित कर सकते हैं। "और ऐसा इसलिए है क्योंकि वार्मिंग आमतौर पर बाहर से अंदर तक की जाती है।
पिछले साल, बिशोफ़ और स्नातक छात्र माइकल एथरिज ने समस्या को हल करने का एक तरीका प्रस्तावित किया: क्रायोप्रोटेक्टेंट समाधान के लिए चुंबकीय नैनोकणों को जोड़ें।
यह विचार है कि कण ऊतक के माध्यम से फैलते हैं और, एक बार चुंबकीय क्षेत्र से उत्साहित होते हैं, सब कुछ जल्दी और समान रूप से गर्म करते हैं। यह जोड़ी वर्तमान में टेलर और उनके सहयोगियों के साथ खरगोशों की धमनियों में विधि का परीक्षण करने के लिए काम कर रही है।
बर्फ में क्रिया
अधिकांश भाग के लिए, क्षेत्र में प्रगति परीक्षण और त्रुटि से हुई है: समाधान के परीक्षण संयोजन और ठंड और विगलन के तरीके।
लेकिन शोधकर्ताओं ने यह भी जांचना शुरू कर दिया है कि कोशिकाओं और ऊतकों में बर्फ कैसे व्यवहार करता है और अधिक बारीकी से जांच करने के लिए नई प्रौद्योगिकियों का लाभ उठाएं।
यदि प्रक्रियाओं को विस्तार से समझा जाता है, तो यह उम्मीद की जा सकती है कि उन्हें नियंत्रित करने के लिए अभिनव और अधिक प्रभावी तरीके तैयार किए जा सकते हैं।
पिछले 12 महीनों में इस क्षेत्र में महत्वपूर्ण प्रगति हुई है। टेलर, जो पिट्सबर्ग में कार्नेगी मेलन विश्वविद्यालय में एक मैकेनिकल इंजीनियर, योएड राबिन के साथ काम करते हैं, ने एक नया उपकरण पेश किया जो बड़े वॉल्यूम फैब्रिक पर उच्च-रिज़ॉल्यूशन पूर्ण-रंग थर्मल छवियों के दृश्य की अनुमति देता है।
इस बीच, पेंसिल्वेनिया में विलानोवा विश्वविद्यालय के जेन्स कार्लसन ने हाल ही में अल्ट्रा-स्लो-मोशन माइक्रोस्कोपिक वीडियो दृश्यों को पकड़ा है, जिस क्षण से बर्फ दो कसकर बंधी कोशिकाओं के बीच छोटी जेब में प्रवेश करती है और फिर उनके भीतर क्रिस्टलीकरण का कारण बनती है।
इन तरीकों के दृष्टिकोण से फ्रीजिंग प्रक्रिया में हेरफेर करने के तरीके पर नए विचार लाए जा सकते हैं, कार्लसन ने कहा, जो यह पता लगाने की कोशिश कर रहा है कि ठंड और विगलन प्रक्रिया के सावधानीपूर्वक नियंत्रण के माध्यम से ऊतकों को कैसे रोपाई करना है, बजाय विट्रीफिकेशन का।
एक संभावना आनुवांशिक रूप से डिजाइन कोशिकाओं की है जो सेल-सेल जंक्शन बनाने के लिए राजी हो सकती हैं जो क्रायोप्रेज़र्वेशन का विरोध करने में सक्षम हैं। अगला कार्य बाह्य बर्फ के गठन को निर्देशित करने का एक तरीका खोजना होगा ताकि यह किसी अंग के कार्य को प्रभावित न करे।
कार्ल्ससन लाखों संभावित प्रोटोकॉल का प्रभावी ढंग से परीक्षण करने के लिए ठंड प्रक्रिया के कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग करने के लिए भी तैयार है।
कार्ल्ससन कहते हैं, "हमें प्रगति में तेजी लाने के लिए इस प्रकार के उपकरणों की आवश्यकता है, जो उस कार्य की तुलना" उस प्रयास के लिए समर्पित धन के एक अंश के साथ चंद्रमा तक पहुंचने की कोशिश कर रहे हैं। "
सीमित संसाधनों के साथ भी, क्षेत्र ने दिखाया है कि बर्फ-मुक्त क्रायोप्रेज़र्वेशन छोटे ऊतकों के लिए व्यावहारिक है, जैसे कि रक्त वाहिका खंड। टेलर कहते हैं, "वह बाधा जो बनी हुई है और वह महत्वपूर्ण है, " यह एक मानव अंग का पैमाना है।
कार्ल्ससन के लिए, जिन्हें संदेह है कि इस तरह के प्रयासों को "दीवार में टकरा सकता है", इससे पहले कि कभी विरूपता मानव अंगों की सेवा करती है, ठंड के तरीके (या जिसे वह बर्फ-आधारित तरीके कहते हैं) एक बराबर या यहां तक कि एक मार्ग का प्रतिनिधित्व करते हैं। सफलता के प्रति अधिक विश्वसनीय।
लेकिन एक अंतिम धारणा है जिसे गंभीरता से लिया जाना चाहिए। "कोई क्रायोप्रेज़र्वेशन तकनीक घटक कोशिकाओं के 100% अस्तित्व की पेशकश नहीं करती है, " टेलर कहते हैं।
"कई अनुप्रयोगों में इसे सहन किया जा सकता है, लेकिन एकल अंग के लिए इसका मतलब भंडारण या स्थानान्तरण के बाद मरम्मत के लिए काफी हद तक चोट लग सकता है।"
अंत में, इसका मतलब है कि नमूनों की तुलना में क्रायोप्रेशर कितना भी अच्छा क्यों न हो, वे नए अधिग्रहीत अंगों की तुलना में हीन गुणवत्ता के होने की संभावना रखते हैं।
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