به گزارش «سای‌تک‌دیلی» (SciTechDaily)، حفظ سرمایشی (Cryopreservation)، فرآیند نگه‌داری بافت‌های زیستی با سرد کردن آنها تا دما‌های زیر صفر، شاید شبیه چیزی از دل داستان‌های علمی–تخیلی به نظر برسد. با این حال، دانشمندان نزدیک به یک قرن است که مشغول توسعه این فناوری هستند.

در بیشتر این مدت، پیشرفت‌ها محدود بود تا سال ۲۰۲۳، زمانی که پژوهشگران دانشگاه مینه‌سوتا موفق شدند یک کلیه را که با این روش (حفظ سرمایشی) منجمد و نگه‌داری شده بود، به موشی دیگر پیوند بزنند. این دستاورد، امکان استفاده از اندام‌های حفظ شده با روش حفظ سرمایشی در پیوند‌های انسانی در آینده را نشان داد.

جلوگیری از ترک‌خوردگی در اندام‌های منجمد

حفظ سرمایشی اندام‌های بزرگ‌تر یک چالش اساسی ایجاد می‌کند؛ زیرا این بافت‌ها هنگام سرمایش سریع مستعد ترک‌خوردگی هستند. جلوگیری از این ترک‌ها برای حفظ یکپارچگی اندام در نگه‌داری و پیوند انسانی حیاتی است.

یک تیم پژوهشی از دانشکده مهندسی مکانیک در دانشگاه «تگزاس‌ای‌ اند ام» به رهبری دکتر «متیو پاول-پالم»، مقاله‌ای منتشر کرده است که در آن یک تکنیک جدید حفظ سرمایشی را تشریح می‌شود که ممکن است از ترک‌خوردگی اندام‌ها جلوگیری کند.

شیشه‌شدگی یا شیشه شدن (Vitrification)

برای حفظ اندام‌ها در خارج از بدن برای مدت‌های طولانی‌تر، دانشمندان از روشی به نام شیشه‌شدگی (Vitrification) استفاده می‌کنند. این روش بافت را در محلولی ویژه منجمد می‌کند و آن را در وضعیتی شبیه شیشه نگه می‌دارد که از تشکیل بلور‌های یخ جلوگیری می‌کند.

با تغییر ترکیب این محلول شیشه‌شدگی، پژوهشگران می‌توانند بررسی کنند که چگونه ویژگی‌های مختلف، احتمال ترک‌خوردگی یک اندام را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

دکتر پاول-پالم، استادیار مهندسی مکانیک، می‌گوید: «در این مطالعه، ما دما‌های مختلف انتقال شیشه را بررسی کردیم؛ پارامتری که باور داریم نقش غالبی در ترک‌خوردگی دارد. آموختیم که دما‌های بالاتر انتقال شیشه، احتمال ترک‌خوردگی را کاهش می‌دهند». 

طراحی محلول‌های حفظ سرمایشی زیست‌سازگار بهتر

با این آگاهی که دما‌های بالاتر انتقال شیشه نسبت به دما‌های پایین‌تر کمتر موجب ترک‌خوردگی می‌شوند، پژوهشگران اکنون می‌توانند بر ایجاد محلول‌های شیشه‌شدگی آبی (aqueous vitrification solutions) با دمای بالاتر انتقال شیشه تمرکز کنند تا از ترک‌خوردگی جلوگیری شود.
پاول-پالم می‌گوید: «ترک‌خوردگی تنها بخشی از مسئله است. این محلول‌ها باید با بافت نیز زیست‌سازگار باشند».

کاربرد‌های گسترده در علم و پزشکی

این دانش برای حوزه حفظ سرمایشی حیاتی است؛ حوزه‌ای که کاربرد‌های آن فراتر از پیوند اندام است و شامل حفاظت از حیات وحش و تنوع زیستی، پایدارسازی واکسن‌ها و کاهش ضایعات غذایی می‌شود. حفظ سرمایشی می‌تواند زمان بقای هر نمونه زیستی را افزایش دهد و برای هر شاخه‌ای از علوم زیستی سودمند باشد.

دکتر «گی‌یرمو آگویلار»، نویسنده همکار این پژوهش می‌گوید: «این مطالعه سهمی بنیادین در درک ما از ترمودینامیک محلول‌های آبی (aqueous solution) ارائه می‌دهد. مشتاق نتایج دلگرم کننده بیشتر در این مسیر هستم؛ نتایجی که در نهایت موجب افزایش بقای سامانه‌های زیستی در تمام مقیاس‌ها می‌شود؛ از تک‌سلولی‌ها گرفته تا اندام‌های کامل».

پاول-پالم می‌گوید: «در اساس، مهندسی مکانیک نیازمند درک این است که چگونه یک چیز (هر چیز) کار می‌کند. این پروژه شیمی‌فیزیک، فیزیک شیشه، ترمومکانیک و سرمازیست‌شناسی را درهم می‌آمیزد. این دانشجویان کار فوق‌العاده‌ای در به‌کارگیری تفکر جامع که مهندسی مکانیک می‌طلبد، انجام داده‌اند».