控制冷却以保存器官

Kat -了解冷冻所涉及的物理过程的一个很好的理由是将其用于器官移植和组织存档，一种冷冻组织和器官实际上可以使它们保持更长时间的健康，从而可以移植给需要它们的人。但目前，只有非常非常简单的东西，比如精子和卵细胞，才能应对冷冻过程。现在我们请到了巴里·富勒。他是伦敦大学学院的外科科学教授他的研究方向是低温保存细胞，组织和器官。

那么，现在告诉我们一点关于我们如何冷冻活组织以及我们可以冷冻什么样的东西。

Barry:正如你所说，在低温下储存细胞和组织的能力，在医学和生物学的许多领域都非常有用，特别是当我们需要在不同的病人和不同的机构之间转移细胞和组织的时候。它使过去不可能的事情成为可能。所以在未来，我们希望有很多方法可以建立在我们已经拥有的这一点知识的基础上，并将其推进到再生医学和干细胞生物学的新领域。

凯特:我以前研究过早期胚胎，我知道你可以把一个小细胞球，一个胚胎，冷冻几年，然后解冻，移植到一位女士身上，它就会长成一个婴儿。为什么我们不能冷冻组织，比如肝脏或心脏，然后把它们带回来呢?

巴里-你说得对。我们可以冷冻胚胎，但我们需要学习很多才能做到这一点。我们需要了解一些防冻剂，或者说是防冻剂，以及它们在细胞内部和细胞周围的必要性。同时，控制冷却的速度，热量在系统中流动的方式，以及冰形成的方式。这是因为最根本的问题是水在极低温度下转化成冰的方式。所以我们必须学会如何通过控制物理事件来做到这一点，即使是对小细胞也要成功。将规模扩大到更大的组织和器官，我们还不能通过工程来精确地控制我们所需要的冷却和加热。

凯特:这是因为很难把所有的细胞都放在一个更大的组织里，里面有所有的冷冻保护剂，然后以同样的速度冷却它们吗?

巴里:完全正确，因为我们已经学会了尽可能避免冰的形成。通过正确的防冻和控制冷却，我们可以让活细胞和组织在极低的温度下加入少量的冰，然后它们就会变成玻璃状。残留的水变成了玻璃状，所以我们避免了结冰的问题。在细胞和胚胎的小样本中，比如100微升，你可以很容易地精确地控制冷却和升温。如果你有一个人类肝脏大小的东西，然而，一公斤，要对整个器官进行精确的控制是非常困难的。

凯特:那么，为了在将来将这种技术应用到更大的器官中，并使更多的组织得到低温保存，你在研究什么呢?

巴里:我们正在做的一件事是和工程师们一起研究在更大的体积中温度变化的速率，这样我们就能以一种更可控的方式诱导出玻璃态。在过去，我们倾向于简单地使用缓慢的线性冷却速度，因为它很容易生产。了解低温范围内受损区域的位置有助于我们关注冷却链的不同部分，并可能在整个循环的不同部分操纵冷却速度，因此我们正在从线性曲线转向非线性曲线。

凯特:所以这不仅仅是把东西放在冰箱里——你是在试图控制不同的区域，比如肝脏，来冷却它们?

巴里-冷却周期的不同部分，有慢或快的方案，这样组织或器官的大小就不会失去对温度变化的控制，因为你知道，如果你把肝脏放入普通的冰箱，外部会很快冻结，而中心会保持几个小时不冻结。所以，我们需要确保所有的东西都能通过冷却的方式传递到整个器官。

Kat:我来解释一下为什么这很重要，我知道目前来说，如果你有一个器官要移植，你最多只能让它在体外存活几天。为什么冷冻器官或在低温下保存更长时间会如此有用?

巴里-我们刚才说过，我们不能冷冻器官。我们可以把它们储存在一种特殊的液体中，温度略高于冰点——大约摄氏4度——以确保这些特殊的溶液包围着器官中的所有细胞。这有助于防止冷却造成的伤害以及器官在体外的事实，它没有接受氧气。我们现在要做的是在低温下为这个器官重现一个生命支持系统，它会向周围输送氧气和营养物质，并试图让这个器官在低温下处于更好的状态。因为我们的细胞和身体，我们的器官，可以在低温下，非常缓慢地利用氧气和像葡萄糖这样的分子，但它们可以利用它们。所以我们需要能够使这些器官复苏，使它们尽可能保持在最好的质量，以供将要接受它们的病人使用。