I trapianti sono un miracolo della medicina moderna, ma la mancanza di organi disponibili crea un onere medico significativo per la società. La discrepanza tra domanda e offerta è in parte dovuta alla carenza di organi idonei da donare, ma anche alla mancanza di capacità di conservazione. La conservazione a temperature criogeniche ha il potenziale per risolvere questo problema, in quanto si è affermata come mezzo di conservazione di cellule e tessuti viventi. La crionica, d'altra parte, si riferisce al sito criopreservazione principalmente agli esseri umani (conservazione di tutto il corpo o neuropreservazione) e anche agli animali. La ricerca sulla crionica può fornire preziose informazioni sulla conservazione di materiali biologici, come tessuti e cellule, che contribuiscono ai progressi nella conservazione degli organi. L'implementazione delle procedure di criopreservazione nei trapianti di organi e l'introduzione di criobanche potrebbero essere rivoluzionarie per i pazienti e il personale medico a livello globale.
Fermare il tempo
La sfida che si presenta oggi con i trapianti di organi, come nel caso della maggior parte delle procedure legate alla criochirurgia, è il tempo. Una volta che un chirurgo rimuove un rene da un corpo, questo può rimanere vitale per circa 36 ore; i fegati arrivano a 16 e i cuori sopravvivono solo da tre a cinque ore. Senza il tempo a disposizione, le équipe mediche hanno al massimo poche ore per abbinare un organo a un ricevente che potrebbe trovarsi lontano dal luogo del donatore. Questi scenari tipici limitano naturalmente il numero di trapianti riusciti.
A partire dal 2022, in America ci sono attualmente più di 100.000 persone in lista d'attesa per un trapianto di organi, con un tempo medio di attesa che va dai quattro mesi ai cinque anni. Secondo l'Organizzazione spagnola per i trapianti, alla fine del 2020 in Europa c'erano circa 49.000 pazienti in lista d'attesa per un trapianto e sono state effettuate solo 28.000 procedure di trapianto. Ogni giorno in Europa muoiono circa 21 persone in attesa di un trapianto. Il bisogno insoddisfatto di conservazione degli organi pone notevoli limiti logistici ai trapianti e a diversi altri settori biomedici. La limitata durata di conservazione di tessuti e cellule biologiche ostacola non solo il trapianto di organi, ma anche l'ingegneria tissutale, la scoperta di farmaci e altro ancora.
La tecnologia di oggi
Stoccaggio statico a freddo
Dagli anni '60, la conservazione a freddo statica (SCS) è diventata gradualmente il metodo standard per la conservazione degli organi. La SCS consiste nel lavare l'organo con una soluzione di conservazione a 0-4 °C, quindi immergerlo in una soluzione alla stessa temperatura fino al momento del trapianto. Questo ambiente ipotermico riduce il metabolismo cellulare e la soluzione di conservazione fornisce la crioprotezione. La SCS offre un metodo semplice ed efficace per conservare e trasportare gli organi, ma presenta una serie di limitazioni. I limiti includono il danno tissutale, la difficoltà di valutare la funzione e la vitalità dell'organo del donatore, il danno da ischemia-riperfusione (IRI) e le limitate possibilità di riparazione dell'organo. Nonostante la SCS sia lo standard per la conservazione degli organi, è in grado di preservare organi e tessuti solo per poche ore, il che la rende una soluzione estremamente a breve termine.
Perfusione della macchina
La perfusione artificiale suggerisce un altro modo per migliorare e prolungare la conservazione di organi e tessuti al di fuori del corpo, o "ex vivo". La perfusione ipotermica e normotermica è disponibile per cuore, polmoni, fegato e reni. L'approccio ipotermico si concentra sul rallentamento dei tassi metabolici. La normotermia cerca di generare un ambiente "ex vivo" imitando le condizioni fisiologiche "in vivo" (all'interno del corpo). I sistemi sono ossigenati e utilizzano soluzioni di conservazione o sangue diluito come perfusato. I primi tentativi clinici di perfusione artificiale sono stati effettuati negli anni '60, ma non si sono dimostrati superiori alla SCS. Tuttavia, nel corso degli anni, a causa della carenza di organi, questa strategia è stata reintrodotta.
Vitrificazione
La vitrificazione è un metodo in cui organi e tessuti vengono raffreddati a temperature criogeniche con una formazione di cristalli di ghiaccio minima o nulla. L'assenza di formazione di ghiaccio è dovuta all'aggiunta di diversi crioprotettori a una velocità di raffreddamento rapida e altamente controllata. Gli organi e i tessuti entrano in uno stato amorfo simile al vetro a circa -125°C, consentendo una conservazione virtualmente indefinita, una necessità per la banca degli organi. Il successo di criopreservazione utilizzando la vitrificazione è stato finora ottenuto soprattutto per gli ovuli e gli spermatozoi, che possono essere raffreddati e riscaldati rapidamente. L'unico caso di vitrificazione e successivo trapianto d'organo riuscito è stato un rene di coniglio. Oggi le sfide della vitrificazione riguardano la potenziale tossicità degli agenti crioprotettivi e gli ostacoli al processo di riscaldo. Attualmente si stanno sviluppando nuove strategie per ottimizzare questa procedura.
Le tecniche di conservazione a temperature criogeniche sono state sviluppate negli ultimi cinque decenni per diversi tipi di tessuto, con alcuni progressi significativi compiuti negli ultimi tempi. Attualmente, tuttavia, le applicazioni di successo riguardano generalmente campioni di piccole dimensioni, dalle cellule staminali ai tessuti, come le cornee. Negli esseri umani, i ricercatori sono stati in grado di crioconservare campioni più grandi per tessuti come le valvole cardiache, dove la funzione meccanica è più prioritaria della funzione biologica.
Per far progredire la scienza e la tecnologia di criopreservazione, i ricercatori stanno utilizzando concetti ingegneristici, tra cui il trasferimento di calore e massa, la meccanica dei solidi, la scienza dei materiali, la nanotecnologia, la modellazione informatica, la tecnologia dell'informazione e la microelettronica. L'approccio ingegneristico può integrare strumenti predittivi basati su misurazioni fisiche, modelli matematici e potenza di calcolo, con enormi vantaggi per la ricerca attuale e futura.
La necessità medica della crioconservazione
Vitrificazione e banche degli organi
Si stima che circa due terzi dei cuori di potenziali donatori vengano scartati in tutto il mondo. Inoltre, negli Stati Uniti si spreca fino al 20% dei reni di potenziali donatori a causa dei tempi ristretti per trovare riceventi idonei. Secondo i risultati ottenuti nel Regno Unito, i tassi di scarto dei reni variano dal 10 al 12% e circa il 50% dei pancreas. Questo spreco potrebbe essere evitato facendo progredire i metodi di conservazione, in particolare criopreservazione, che è attualmente l'unica soluzione di conservazione a lungo termine , al fine di aprire banche di organi in tutto il mondo.
Oltre a contribuire a risolvere la carenza di organi, i progressi nella banca degli organi potrebbero ampliare notevolmente le opzioni per l'abbinamento donatore-ricevente, migliorare lo screening delle malattie trasmissibili, ridurre i costi, consentire una programmazione più flessibile degli interventi chirurgici e valutare la qualità degli organi prima del trapianto.
Nel 2017, la Harvard Medical School ha organizzato l'"Organ Banking Summit" per discutere le attuali sfide che il criobanking deve affrontare oggi. I principali scienziati e ingegneri del settore si sono riuniti per preparare una tabella di marcia per superare gli ostacoli scientifici di criopreservazione, che comprendono:
- Controllare l'eccessiva formazione di ghiaccio
- Mantenere la tossicità dei crioprotettori a livelli accettabili
- Limitare le sollecitazioni meccaniche e/o termodinamiche sproporzionate
- Controllo dell'eccessivo danno da raffreddamento
- Evitare livelli inaccettabili di danno ischemico.
- Garantire protocolli di riparazione e rianimazione accettabili
Come è stato detto al simposio: ad oggi non esistono metodi efficaci per conservare in modo affidabile gli organi solidi oltre le 12 ore, ma solo poche ore di tempo di conservazione aggiuntivo aumenterebbero notevolmente il numero di trapianti possibili a livello globale.
Conclusione
Ogni anno, 4.000 organi sani vengono scartati perché non si riesce a trovare una corrispondenza in tempo, mentre oltre 6.000 persone in lista d'attesa muoiono. Prolungare la vitalità degli organi consentirebbe il trasporto in aree geografiche più ampie, rendendo accessibili gli interventi chirurgici in tutto il mondo. Gli scienziati affermano che il divario tra la tecnologia attuale e quella futura necessaria per criopreservazione può essere colmato solo dalla collaborazione tra criobiologi e ingegneri. Attualmente, la maggior parte della ricerca è solo agli inizi e le applicazioni e i metodi sono stati testati solo su animali o cellule umane di base. Grazie a ulteriori ricerche, innumerevoli aree della salute pubblica potrebbero essere rivoluzionate. I progressi nelle banche degli organi, nell'oncofertilità, nell'ingegneria dei tessuti, nella medicina dei traumi, nella preparazione alle emergenze e nella scoperta di farmaci potrebbero essere possibili grazie a migliori tecniche di criopreservazione .
Gli esperti di criogenia di Tomorrow Bio cercano continuamente di far progredire la ricerca sulla biostasi. I successi nel campo della criopreservazione umana vanno di pari passo con la ricerca criogenica sugli organi, influenzando intuizioni, sviluppi e risultati. Tomorrow BioIl partner EBF ha un laboratorio di biostasi dove i ricercatori lavorano per migliorare le tecniche di biopreservazione. Attualmente, l'EBF ospita una a lungo termine conservazione struttura per Tomorrow Biopazienti criopreservato . Inoltre, le interessanti ricerche in corso presso l'EBF spaziano dall'ottimizzazione dei protocolli criopreservazione alla temperatura intermedia conservazione, che potrebbe rivelarsi rivoluzionaria per i trapianti di organi.
Se volete saperne di più su criopreservazione umanocliccate qui o se volete sostenere la ricerca in corso presso Tomorrow Bio e l'EBF, date un'occhiata al nostro Programma Domani Fellow . Iscrivendoti a fellow potrai sostenere la ricerca, ottenere vantaggi esclusivi e risparmiare per il futuro criopreservazione.
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Informazioni sulla crionica
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