Forskare vid Texas A&M University rapporterar att en höjning av glastemperaturen i vattenbaserade vitrifieringslösningar kan minska termiska spänningssprickor – ett av de största hindren för långtidsförvaring av större vävnader och i förlängningen organ för transplantation.
Forskare vid Texas A&M University uppger att de har identifierat en viktig termodynamisk variabel som kan bidra till att minska sprickbildning under kryopreservering – sprickor som kan göra större vävnader och organ oanvändbara efter förvaring i extrem kyla.
I en studie som publicerats i Scientific Reports rapporterar teamet att högre glastemperaturer i vattenbaserade vitrifieringslösningar är förknippade med en lägre sannolikhet för termiska spänningssprickor under nedkylning.
Vitrifiering är en isfri bevarandemetod som kyler ner biologisk vävnad i en kryoskyddande lösning tills den övergår i ett glasliknande tillstånd, vilket bidrar till att undvika bildandet av iskristaller som kan skada celler. Men sprickbildning förblir en uthållig utmaning, särskilt i takt med att provstorlekarna ökar, eftersom snabba temperaturförändringar kan skapa mekaniska spänningar.
"I den här studien undersökte vi olika glastemperaturer, som vi anser spelar en avgörande roll för sprickbildning", säger Matthew Powell-Palm, biträdande professor vid J. Mike Walker ’66 Department of Mechanical Engineering vid Texas A&M. "Vi lärde oss att högre glastemperaturer minskar risken för sprickbildning."
Powell-Palm betonade även att det att förhindra sprickor inte är det enda kravet för en livskraftig bevarandeprocess.
"Sprickor är bara en del av problemet", säger han. "Lösningarna måste även vara biokompatibla med vävnaden."
ScienceDaily-artikeln som beskriver arbetet ramar in resultaten som ett steg mot det långsiktiga målet att kunna "lagra" organ för senare användning, och pekar på tidigare framsteg inom området. År 2023 rapporterade forskare vid University of Minnesota om en livsuppehållande njurtransplantation på en råtta efter att organet kryopreserverats och värmts upp igen.
Medförfattaren Guillermo Aguilar, som är chef för institutionen för maskinteknik vid Texas A&M och innehar professuren James and Ada Forsyth Professor, kallade studien för ett grundläggande steg för framtida arbete.
"Denna studie utgör ett betydelsefullt bidrag till vår förståelse av termodynamiken i vattenbaserade lösningar", säger Aguilar och tillägger att han förväntar sig framsteg som "i slutändan kommer att leda till ökad livskraft hos biologiska system i alla skalor – från enskilda celler till hela organ."
Enligt Texas A&M involverade studien även Soheil Kavian, doktoranderna Crystal Alvarez och Ron Sellers, samt grundutbildningsstudenten Gabriel Arismendi Sanchez.
Finansieringen tillhandahölls genom National Science Foundations Engineering Research Center for Advanced Technologies for the Preservation of Biological Systems, enligt pressmeddelandet.
Utöver forskning kring transplantationer noterades i pressmeddelandet att förbättrade metoder för kryopreservering skulle kunna ha tillämpningar inom bevarande av biologisk mångfald och förvaring av vacciner.