Kryogene Schäden stellen seit langem eine erhebliche Hürde für die effektive Organkonservierung dar und erschweren Fortschritte bei Transplantationen und medizinischen Behandlungen. Die Bildung von Eiskristallen während des Einfrierens kann die Zellstrukturen schädigen und zu irreversiblen Schäden und Organversagen führen.
Eine neue Studie unter der Leitung von Prof. Ido Braslavsky, Dr. Vera Sirotinskaya und Dr. Liat Bahari von der Fakultät für Landwirtschaft, Ernährung und Umwelt der Hebräischen Universität in Zusammenarbeit mit Dr. Victor Yashunsky von der Ben-Gurion-Universität des Negev und Dr. Maya Bar Dolev vom Technion hat jedoch eine vielversprechende Lösung vorgestellt. Die Studie ist veröffentlicht im Journal Langmuir.
Kryogene Schäden beeinträchtigen den potenziellen Erfolg der Organkonservierung erheblich und betreffen Tausende von Menschen weltweit, die eine Organtransplantation benötigen. Jedes Jahr werden bei Millionen von Menschen Erkrankungen diagnostiziert, die mit Organtransplantationen behandelt werden könnten. Der Mangel an lebensfähigen, konservierten Organen führt jedoch dazu, dass viele auf lange Wartelisten stehen.
Da Organe nicht über längere Zeiträume effektiv konserviert werden können, werden viele Organe aufgrund von Schäden durch Eiskristallbildung und andere kryogene Effekte entsorgt. Dies begrenzt nicht nur die Zahl der Transplantationen, die durchgeführt werden können, sondern verschärft auch den Mangel an Organen, was letztlich die Gesundheit und das Überleben unzähliger Patienten beeinträchtigt, die auf diese lebensrettenden Verfahren angewiesen sind.
Aufbauend auf den Grundlagen früherer Forschungen zu eisbindenden Proteinen (IBPs) zeigt diese Studie, wie durch den strategischen Einsatz von Frostschutzproteinen (AFPs) kryogene Schäden gemildert und die Technik zum Einfrieren von Organen revolutioniert werden kann.
Mithilfe eines hochmodernen Mikroskoptisches, der eine präzise Temperaturkontrolle und schnelle Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von 100 Grad Celsius pro Sekunde ermöglicht, wurden in der Studie Proben mit Frostschutzproteinen mit solchen ohne verglichen. Durch den strategischen Einsatz verschiedener Arten von Frostschutzproteinen, wie AFPIII aus Fischen und TmAFP aus Mehlkäferlarven, gelang es dem Forschungsteam, die Kristallisation zu verzögern und die Entglasung sogar bei Temperaturen unter -80 Grad Celsius zu beeinflussen.
„Die Ergebnisse unserer Forschung stellen einen bedeutenden Fortschritt in der Technologie zur Organkonservierung dar“, erklärte Dr. Bar Dolev. „Durch die Hemmung von Kristallisation und Kristallwachstum sind Frostschutzproteine äußerst vielversprechend, um die Lebensfähigkeit gefrorener Organe zu verlängern und bisher unmögliche Transplantationen zu ermöglichen.“
Prof. Braslavsky betonte außerdem die möglichen Auswirkungen dieses Durchbruchs: „Dieser Fortschritt öffnet Türen zu einer neuen Ära der Gewebekonservierung und Organtransplantation. Mit der Weiterentwicklung rechnen wir mit längeren Konservierungszeiträumen, verbesserter Qualität während des Transports und innovativen Transplantationsverfahren, darunter auch komplexen Organkombinationen wie Herz-Lungen-Transplantationen und Gebärmuttergewebetransplantationen.“
Die Auswirkungen dieser Forschung sind tiefgreifend und geben Anlass zur Hoffnung auf eine verbesserte Organverfügbarkeit, längere Konservierungszeiten und letztlich die Rettung unzähliger Leben. Da das Feld der Gewebekonservierung das Potenzial von Frostschutzproteinen nutzt, sieht die Zukunft der Organtransplantation rosiger aus als je zuvor.
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Vera Sirotinskaya et al, Erweiterter Temperaturbereich der Eis-bindenden Proteinaktivität, Langmuir (2024). DOI: 10.1021/acs.langmuir.3c03710