Нанообогрев и лед

Биология связи, том 6, Номер статьи: 220 (2023) Цитировать эту статью

1362 Доступа

2 Альтметрика

Подробности о метриках

Успешное долгосрочное сохранение органов или тканей произвело бы революцию в биомедицине. Криоконсервация хряща обеспечивает длительный срок хранения суставного хряща, что открывает перспективу расширения внедрения перспективной трансплантации остеохондрального аллотрансплантата (OCA) для восстановления хряща. Однако криоконсервированный хрящ большого размера не может быть успешно нагрет традиционным конвекционным методом из-за его ограниченной скорости нагрева, что блокирует его клинический потенциал. Здесь мы разрабатываем метод криоконсервации с наноразогревом и безо льда для сохранения неповрежденного суставного хряща больших размеров. Наш метод обеспечивает скорость нагрева 76,8 °C/мин, что более чем на порядок превышает скорость конвекционного нагрева (4,8 °C/мин). Используя систематические тесты на уровне клеток и тканей, мы демонстрируем превосходную эффективность нашего метода в сохранении крупных хрящей. Способ сохранения, зависящий от глубины, также наблюдается и резюмируется с помощью магнитно-резонансной томографии и компьютерного моделирования. Наконец, мы показываем, что доставка наночастиц на сторону кости ОСА может быть возможным направлением для дальнейшей оптимизации нашего метода. Это исследование является пионером в применении нанопотепления и криоконсервации безо льда для крупных суставных хрящей и дает ценную информацию для будущего развития технологий, открывая путь для клинического применения криоконсервированного хряща.

Трансплантация органов или объемных тканей спасла миллионы жизней и улучшила качество жизни пациентов, страдающих органной недостаточностью или заболеваниями тканей1,2. Однако количество органов и тканей, готовых к трансплантации, далеко от потребностей популяции пациентов. Например, в 2020 году в США было проведено 39 036 трансплантаций органов, а в список ожидания добавлен 55 121 новый кандидат3; многие пациенты умирают в ожидании трансплантации органов. Несмотря на огромный неудовлетворенный спрос на органы и ткани, разочаровывает тот факт, что многие органы и ткани нежизнеспособны для имплантации и выбрасываются, поскольку достигают максимального срока посмертной сохранности1,4. В случае трансплантации органов до 70% донорских органов погибают, не дойдя до пациентов1,4. Достижение долгосрочной сохранности органов и тканей имеет решающее значение для повышения уровня использования и устранения существующего дефицита.

Дефекты суставного хряща являются распространенными проблемами коленного сустава, от которых страдают 60–66% пациентов, перенесших артроскопические процедуры5,6,7,8. Из-за ограниченной регенеративной способности суставного хряща дефекты хряща могут перерасти в остеоартрит (ОА) без надлежащего хирургического вмешательства. ОА поражает более 25,6 миллионов взрослых и приводит к почти 200 миллиардам долларов сопутствующих расходов каждый год в Соединенных Штатах9. По мере роста и старения населения число пациентов с ОА, по прогнозам, резко увеличится10. В настоящее время не существует лекарства от ОА, что свидетельствует о необходимости продолжения исследований в этой области. Трансплантация остеохондрального аллотрансплантата (OCA) является привлекательной стратегией восстановления хряща для контроля прогрессирования ОА, особенно для молодых и физически активных пациентов с большими дефектами11. По сравнению с другими вариантами лечения, такими как микроперелом, имплантация аутологичных хондроцитов, трансплантация остеохондрального аутотрансплантата и новые подходы тканевой инженерии, трансплантация ОСА немедленно заменяет место дефекта функциональным гиалиновым хрящом на всю толщину, требует только одной хирургической процедуры и позволяет избежать проблемы смертность донорского участка12,13. Трансплантация ОСА также является предпочтительным хирургическим выбором для пациентов с обширным повреждением хряща, повреждением субхондральной кости или неудачной предшествующей операцией на хряще12,13. Средняя 10-летняя выживаемость после трансплантации ОСА составляет 78,7%14, и 75–88% пациентов способны вернуться в спорт после трансплантации15. Клиническое использование трансплантации ОСА для восстановления хряща приобрело популярность за последнее десятилетие16, и в будущем ожидается рост потребности в ОСА. Однако доступность свежих ОСА ограничена. Современные методы гипотермического хранения «золотого стандарта» для хранения ОСА могут сохранять функциональные свойства ОСА только в течение 28 дней перед имплантацией17,18. Этих временных рамок часто недостаточно, учитывая длительное время, необходимое для планирования хирургического вмешательства, включая сбор ОСА, транспортировку, минимум 14-дневный скрининг на инфекционные заболевания, подбор трансплантата, подготовку пациента и другую соответствующую логистику. В США почти 30% ОСА выбрасываются без имплантации19, что еще больше затрудняет доступность ОСА и ограничивает широкое внедрение трансплантации ОСА.