Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Friedrich-Alexander-Erlangen-Nürnberg (FAU) και στο Uniklinikum Erlangen κατάφεραν να διατηρήσουν εγκεφαλικό ιστό σε ακραίες θερμοκρασίες και να επαναφέρουν τη λειτουργία του μετά την απόψυξη. Μετά τη διαδικασία, ο εγκέφαλος και συγκεκριμένα οι νευρώνες άρχισαν ξανά να ανταλλάσσουν ηλεκτρικά σήματα, κάτι που δείχνει ότι η λειτουργικότητα του ιστού μπορεί να επιβιώσει ακόμη και σε ακραίο κρύο. Η τεχνική αυτή θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη διατήρηση εγκεφαλικού ιστού που αφαιρείται κατά τη διάρκεια χειρουργικής επέμβασης. Τα ευρήματα δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Proceedings of the National Academy of Sciences.
Έμπνευση από τη φύση: η σαλαμάνδρα της Σιβηρίας
Η ικανότητα ορισμένων ζώων να επιβιώνουν σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες αποτέλεσε έμπνευση για τους επιστήμονες. Η σαλαμάνδρα της Σιβηρίας μπορεί να ζει σε θερμοκρασίες έως και -50 βαθμούς Κελσίου σε κατάσταση χειμερίας νάρκης, για δεκαετίες σε μόνιμα παγωμένο έδαφος. Η προστασία αυτή οφείλεται στην παραγωγή γλυκερόλης από το συκώτι της, η οποία δρα ως φυσικό αντιψυκτικό, μειώνοντας το σημείο πήξης και προστατεύοντας τα κύτταρα και τους ιστούς από βλάβες κατά την κατάψυξη και την απόψυξη.
Η πρόκληση των κρυστάλλων πάγου στον ανθρώπινο ιστό
Όπως εξηγεί ο Δρ. Αλεξάντερ Γερμανός, οι κρύσταλλοι πάγου είναι η κύρια αιτία βλάβης σε ακραίο κρύο, καταστρέφοντας τη νανοδομή των κυττάρων. Οι νευρώνες του εγκεφάλου είναι ιδιαίτερα ευαίσθητοι, καθώς συνδέονται μέσω εκατομμυρίων συνάψεων που μεταδίδουν πληροφορίες. Προηγούμενες προσπάθειες κατάψυξης συχνά διασπούσαν αυτές τις συνδέσεις, καθιστώντας τον ιστό μη λειτουργικό, ακόμη και αν τα μεμονωμένα κύτταρα επιβίωναν.
Η διαδικασία της υαλοποίησης και η πρόκληση για τον εγκεφαλικό ιστό
Για να αποφευχθεί η δημιουργία κρυστάλλων, οι ερευνητές χρησιμοποιούν χημικά συντηρητικά που μετατρέπουν το νερό μέσα στον ιστό σε μια κατάσταση που μοιάζει με γυαλί, γνωστή ως υαλοποίηση. Σε θερμοκρασίες κάτω από -130 βαθμούς Κελσίου, το νερό στερεοποιείται χωρίς να σχηματίζονται κανονικοί κρύσταλλοι, προστατεύοντας τη νανοδομή. Ωστόσο, η υαλοποίηση είναι τοξική για τα ευαίσθητα κύτταρα, και η διατήρηση ενός πλήρους εγκεφαλικού τμήματος σε λειτουργική κατάσταση παρέμενε πρόκληση μέχρι πρόσφατα.
Βελτιστοποιημένα συντηρητικά και δοκιμές σε τομές εγκεφάλου
Η ομάδα στο FAU ανέπτυξε βελτιστοποιημένα συντηρητικά και διαδικασία κατάψυξης, ώστε ο νευρικός ιστός να παραμένει άθικτος. Χρησιμοποιώντας τομές εγκεφάλου τρωκτικού, συγκεκριμένα του ιππόκαμπου, οι ερευνητές κατέψυσαν τον ιστό στους -130 βαθμούς Κελσίου. Ο ιππόκαμπος είναι κρίσιμος για την αποθήκευση της μνήμης. Οι εικόνες ηλεκτρονικής μικροσκοπίας έδειξαν ότι η νανοδομή δεν αλλοιώθηκε και μετά την απόψυξη τα ηλεκτρικά σήματα επανεμφανίστηκαν κανονικά, διαδίδοντας μέσω των νευρωνικών δικτύων.
Επανενεργοποίηση κρίσιμων λειτουργιών νευρώνων
Οι νευρώνες όχι μόνο άρχισαν να ανταλλάσσουν πληροφορίες, αλλά παρατηρήθηκε και μακροπρόθεσμη ενδυνάμωση στις συνάψεις, μια διαδικασία που ενισχύει τις συνάψεις που χρησιμοποιούνται συχνά, βελτιώνοντας τη μεταβίβαση πληροφοριών. Αυτή η λειτουργία είναι κεντρική για τις διαδικασίες μάθησης και την αποθήκευση νέας μνήμης, υποδεικνύοντας ότι η λειτουργικότητα του εγκεφάλου διατηρείται ακόμη και μετά από ακραία κατάψυξη.
Εφαρμογές στην ιατρική και τη φαρμακευτική έρευνα
Η μέθοδος αυτή επιτρέπει τη διατήρηση εγκεφαλικού ιστού για παρατεταμένο χρονικό διάστημα, ώστε να εξεταστεί αργότερα για λειτουργικότητα. Σε περιπτώσεις όπως η επιληψία, όπου νευρικά κύτταρα αφαιρούνται κατά τη διάρκεια χειρουργικής επέμβασης, ο ιστός θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί χρόνια αργότερα για τον έλεγχο φαρμάκων. Επιπλέον, η κρυοσυντήρηση παθολογικά τροποποιημένου ιστού είναι σημαντική για τη μελέτη νευροεκφυλιστικών ασθενειών.
Προοπτικές για το μέλλον και τεχνητή χειμερία νάρκη
Ο Αλεξάντερ Γκέρμαν ελπίζει ότι στο μέλλον θα είναι δυνατό να τεθούν ολόκληροι οργανισμοί σε τεχνητή χειμερία νάρκη και να αναβιώσουν μετά από παρατεταμένο χρονικό διάστημα. Αυτό θα μπορούσε να εφαρμοστεί σε διαστημικά ταξίδια ή σε περιπτώσεις ανίατων ασθενειών, δίνοντας χρόνο για την ανάπτυξη θεραπευτικών επιλογών που θα μπορούσαν να σώσουν τη ζωή ενός ατόμου.
Η έρευνα αυτή ανοίγει νέους δρόμους για τη διατήρηση και μελέτη εγκεφαλικού ιστού και υπογραμμίζει την τεράστια δυναμική της υαλοποίησης και της ακραίας κατάψυξης για την επιστήμη, την ιατρική και πιθανώς την κρυοσυντήρηση ολόκληρων οργανισμών.
Βρείτε μας στο Google News. Πατήστε εδώ!