امید به زندگی در دمای زیر صفر
نوعی قورباغه جنگلی ساکن در آمریکای شمالی با نام علمی Rana sylvatica در زمستان ممکن است بارها منجمد شود. این جانور می‌تواند با وارد کردن گلوکز ذخیره شده در کبد به جای آب، بیشتر اندام‌های بدن، بار دیگر از حالت منجمد خارج شود. این کار سبب می‌شود که در هنگام کاهش دما، یخ در اندام‌هایش شکل نگیرد. به این ترتیب با گرم شدن هوا، این قورباغه از حالت انجماد خارج شده و بار دیگر به زندگی طبیعی خود می‌پردازد.
اما کاری که این قورباغه به صورت غریزی انجام می‌دهد، سالهاست که دانشمندان را درگیر خود ساخته است. تاکنون تلاش‌های زیادی برای منجمد کردن و حفظ طولانی مدت اندام‌های بدن به انجام رسیده است. اگر این کار عملی شود، امکان ذخیره طولانی مدت اندام‌های مختلف برای عمل پیوند عضو فراهم می‌شود.
بر اساس آمارهای سازمان بهداشت جهانی، در حال حاضر کمتر از 10 درصد از نیاز جوامع بشری به پیوند عضو تامین می‌شود. افزون بر این، با افزایش ایمنی خودروها و در نیز بهبود خدمات بهداشتی و درمانی، تعداد اعضای اهدایی نیز رو به کاهش گذاشته است.
اگر کلیه انسان سرد (و نه منجمد) نگاه داشته شود، ممکن است تا 12 ساعت نیز زنده بماند. همچنین زمان قابل استفاده بودن قلب اهدایی خارج از بدن اهدا کننده نیز به مراتب کمتر است. اگر بتوان اعضای مختلف بدن را منجمد کرد و سپس دوباره به حالت عادی برگرداند، شاید اوضاع تغییر یابد. در این صورت می‌توان بانک‌هایی برای اهدای عضو تاسیس کرد و هیچ عضو اهدایی هدر نخواهد رفت. همچنین امکان انتخاب بهتر و دقیق‌تر عضو بر اساس نیاز فرد نیازمند پیوند فراهم خواهد شد.
بحران کمبود عضو اهدایی در سالهای اخیر تشدید شده است.
مشکل اینجاست که وقتی آب منجمد می‌شود، افزایش حجم می‌یابد. اگر آب موجود در یک بافت زنده منجمد شود، آسیب‌های زیادی به بافت مذکور وارد می‌سازد.
در این میان، تیم‌های پژوهشی مختلفی از سراسر جهان که طیف گسترده‌ای از تخصص‌ها نظیر پزشکان، متخصصان بیوشیمی تا مهندسان مکانیک را در بر می‌گیرند، سالهاست که در حال کار برای غلبه بر این مانع بزرگ هستند.
اما دستاوردهای چند سال اخیر این تیم‌های پژوهشی نشانگر آن است که احتمالا در آستانه تحولی در این زمینه هستیم و شاید به زودی به توانایی حفظ بلندمدت اعضای بدن در سرما دست یابیم.
تاکنون توانسته‌ایم چندین نوع از بافت انسانی را منجمد کنیم. حدود شش ده پیش بود که برای نخستین بار انسان توانست اسپرم و گلبول قرمز را منجمد کند و سه دهه نیز از انجماد رویان (مرحله پیش از جنینی) می‌گذرد. اما همه این موارد، نمونه‌هایی خاص هستند. اسپرم و نیز گلبول قرمز خون هر دو تک سلولی هستند و آب زیادی ندارند. با وجود اینکه رویان منجمد دربردارنده چند صد سلول است، اما باز هم بافت به نسبت کوچکی به شمار می‌رود. منجمد کردن یک عضو کامل بدن کاری به مراتب دردسازتر است.
وجود آب در بافتهای بدن انسان سبب دشواری انجماد آن می شود.
دکتر مهمت تونر از دانشگاه پزشکی هاروارد جزو دانشمندانی است که قصد دارد با الگوبرداری از شیوه انجماد اعضای بدن قورباغه جنگلی آمریکای شمالی، رویکردی برای انجماد اعضای بدن انسان بیابد. یکی از جالب‌ترین نکات در مورد شیوه انجماد اعضای بدن این قورباغه این است که مایعات موجود در بدنش به «شیشه» تبدیل می‌شود و نه «یخ». شیشه از نظر فنی نوعی مایع به شمار می‌رود و جزو جامدات نیست. اصلی‌ترین تفاوت میان شیشه و یخ این است که وقتی شیشه سرد می‌شود، بلوری در آن ایجاد نمی‌شود و به این ترتیب آسیبی به خاطر افزایش حجم آن به بافت وارد نخواهد شد.
«شیشه» موجود در بدن قورباغه جنگلی، در واقع یک محلول غلیط گلوکز است. اما دکتر تونر برای آزمایشات خود به سراغ نوعی دیگر از قندها یعنی «ترهالوز» (trehalose) رفته است. اصلی‌ترین مزیت استفاده از ترهالوز به جای گلوکز این است که واکنش کمتری به سرما نشان می‌دهد و به این ترتیب احتمال آسیب ناشی از آن به بافت کمتر خواهد بود. اما ترهالوز یک عیب بزرگ هم دارد و آن هم اینکه جذب سلول نمی‌شود. در این میان دکتر تونر به شیوه‌ای جالب برای دورزدن این عیب دست یافت.
بهره گیری از نوعی قند به نام «ترهالوز» به جای اب می تواند سبب انجماد بدون دردسر بافت شود.
او ابتدا لایه‌ای از نوعی مواد شیمیایی به نام گروه‌های استیل (Acetyl) را با ترهالوز ترکیب کرد. این مواد همانند نوعی کلید شیمیایی عمل کرده و به این ترتیب امکان ورود به درون سلول را می‌بایند. در ژوئن سال 2015، دکتر تونر و همکارانش نشان دادند که ترهالوز ترکیب شده با استیل امکان احیای سلول‌های منجمد موش را فراهم می‌سازند.
البته این فرآیند احیا می‌تواند خطراتی را نیز به همراه داشته باشد. گرم کردن بافت سرد شده باید با سرعت به انجام برسد، در غیر این صورت می‌تواند سبب ایجاد یخ به جای شیشه شود. دلیل بروز این مساله این است که بخش غیرآبی شیشه خیلی سریع ذوب می‌شود و آب موجود به سرعت متبلور شده و در نتیجه بافت متلاشی می‌شود. به همین دلیل، فرآیند گرم کردن بافت سرد باید به صورت غیریکنواخت به انجام برسد.
در این میان، گروهی از پژوهشگران دانشگاه مینسوتا به شیوه‌ای جدید برای این کار دست یافتند. آنها ابتدا ذرات ریز مگنتیت (نوعی اکسید آهن) را به بافت سرد شده افزودند. سپس بافت مذکور در میدان مغناطیسی با نوسان شدید قرار گرفت. ذرات مگنتیت در میدان مغناطیسی مذکور به سرعت گرم می‌شوند. اگر این ذرات به صورت غیریکنواخت در بافت قرار بگیرند، فرآیند گرمادهی نیز غیریکنواخت خواهد بود. آزمایش این شیوه بر روی عروق قلب نشان داد که این رویکرد کاربردی و موثر است.
در این میان، دکتر ایدو براسکلاوسکی، استاد دانشگاه در بیت المقدس رویکرد دیگری را طراحی کرده است. بسیاری از گونه‌های ماهی، حشره و نیز گیاه مقاوم به سرما از پروتئین‌هایی ویژه برای جلوگیری از شکل‌گیری بلور استفاده می‌کنند. این استاد دانشگاه سالها به مطالعه این پدیده پرداخت و حتی میکروسکپ ویژه‌ای برای این کار طراحی کرد. او با چسباندن شاخص‌هایی ویژه به مولکول‌های پروتئین، توانست فرآیندی که این پروتئین‌ها جلوی شکل‌گیری بلور یخ را می‌گیرند را شناسایی کند.
پژوهشگران همچنین تلاش زیادی برای جلوگیری از انجماد بیش از حد بافت به انجام رسانده‌اند که برای نمونه می‌توان به افزودن ترکیبی از مواد نگهدارنده، اکسیژن، مواد آنتی اکسیدان و نظایر آن اشاره کرد. برای نمونه، مطالعه‌ای در دانشگاه پزشکی هاروارد نشان داد که سرمایش بافت در کنار افزودن مواد مختلف به آن می‌تواند به حفظ بافت کبد موش به مدت 4 روز بیانجامد.
با این وجود، برخی از دانشمندان بر این باورند که بهتر است به جای استفاده از چنین رویکردهایی، اطلاعات بیشتری در مورد جانوران مقاوم در برابر سرما به دست آورده و روش مورد استفاده در بدن آنها را تقلید کنیم.
برخی دانشمندان بر این باورند که شاید بهتر باشد سازوکارهای مورد استفاده گونه های گیاهی و جانوری مقاوم در برابر سرما بیشتر مورد بررسی قرار گیرد.
برای نمونه، دکتر استوری از دانشگاه کارلتون به بررسی دقیق جزئیات تغییرات در پروتئین‌های سلول و نیز ژن‌های موجود در این ارگانیزم‌ها پرداخته است. او به ویژه به بررسی عملکرد «ریز-آر.ان.ای» (micro-RNA) ها یعنی مولکول‌های کوچکی که در مانع بیان ژن و یا سازوکار ساخت پروتئین می‌شوند پرداخت.
دکتر استوری در دسامبر سال گذشته فهرستی از 53 تغییر ریز-آر.ان.ای منتشر کرد که در طی فرآیند انجماد قورباغه جنگلی آمریکای شمالی روی می‌دهد. پستاندارانی که به خواب زمستانی می‌روند، حشرات و حتی برخی از انواع کرم‌ها نیز رویکردی مشابه این قورباغه را در غیرفعال کردن سلول‌های خود به کار می‌گیرند. دکتر استوری بر این باور است که بهره گیری از سیگنال‌های مولکولی (البته اگر بتوان آنها را یافت) بهترین راه برای منجمد کردن اندام‌های بدن خواهد بود.
با پیشرفت‌های صورت گرفته در زمینه مطالعه سازوکارهای موثر برای منجمد کردن اندام‌های بدن، بسیاری از کارشناسان امیدوارند که در آینده‌ای نه چندان دور بتوانند به دانش لازم برای این کار دست یابند.
ترجمه: صالح سپهری فر
برگرفته از مجله اکونومیست
No tags for this post.
