Những đột phá trong bảo quản nội tạng: Hướng tới các ngân hàng sinh học

Sự thiếu hụt trầm trọng các cơ quan hiến tặng phần lớn là một cuộc chạy đua với thời gian, vì hầu hết các cơ quan chỉ tồn tại được vài giờ sau khi được lấy ra khỏi cơ thể. Các nghiên cứu mới về siêu làm lạnh (supercooling) và tưới máu bằng máy (machine perfusion) hiện đang mở rộng giới hạn về thời gian mà các mô sinh học có thể duy trì sự sống bên ngoài vật chủ.

Đột phá về siêu làm lạnh

Một trong những trở ngại lớn nhất trong việc bảo quản nội tạng là tính chất phá hủy của băng. Phương pháp đông lạnh truyền thống khiến các tinh thể băng hình thành bên trong cấu trúc tế bào, gây ra những tổn thương không thể phục hồi. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đang đạt được những bước tiến trong kỹ thuật "siêu làm lạnh"—duy trì các mô ở nhiệt độ dưới điểm đóng băng mà không để quá trình kết tinh xảy ra.

Trong một thành tựu mang tính bước ngoặt, Matthew Powell từ Texas A&M và các đồng nghiệp đã siêu làm lạnh thành công thận lợn (có kích thước tương đương với nội tạng người) ở mức −4 °C (25 °F). Khác với các phương pháp truyền thống dựa vào băng, những quả thận này đã được cấy ghép thành công trở lại vào lợn và hoạt động tốt hơn so với những quả thận được lưu trữ bằng các quy trình dùng băng tiêu chuẩn. Phương pháp này đặc biệt đáng chú ý vì nó không yêu cầu sử dụng các chất bảo vệ lạnh (cryoprotectants), vốn thường khó loại bỏ khỏi mô sau khi rã đông.

Bảo quản lạnh so với Cấy ghép lâm sàng

Trong khi siêu làm lạnh mở ra một hướng đi cho các cơ quan, thì bảo quản lạnh (cryopreservation)—quá trình làm lạnh cực nhanh xuống −196 °C—lại là một lĩnh vực khác. Kỹ thuật này đã trở thành quy trình thông thường đối với các vật liệu sinh học như trứng, tinh trùng và phôi, nơi các tế bào được làm lạnh trong chưa đầy hai giây để đạt đến trạng thái giống như thủy tinh.

Thách thức vẫn nằm ở việc mở rộng quy mô này cho các cơ quan phức tạp của con người. Mặc dù các cơ sở đóng băng người (cryonics) như Alcor đã thử nghiệm bảo quản não người bằng cách sử dụng các hóa chất bảo vệ lạnh (đóng vai trò như chất chống đông sinh học), nhưng khoa học này vẫn chưa được áp dụng trong lâm sàng. Mặc dù các nghiên cứu về mô não được bảo quản đã cho thấy các tế bào bị co lại có thể "hồi phục" khi làm ấm trở lại, các nhà khoa học cảnh báo rằng các đường dẫn thần kinh phức tạp vẫn có thể chịu tổn thương vĩnh viễn. Bước nhảy vọt từ việc bảo quản cấu trúc tế bào sang duy trì các hệ thống cơ quan chức năng chính là ranh giới hiện tại của ngành này.

Tưới máu bằng máy và Tương lai của các Ngân hàng Nội tạng

Ngoài việc kiểm soát nhiệt độ, các nhà nghiên cứu đang chuyển hướng sang các giải pháp cơ học để mô phỏng cơ thể con người. Các thiết bị tưới máu bằng máy cung cấp dòng chảy liên tục của các chất dinh dưỡng và oxy cho các cơ quan, giúp kéo dài khả năng duy trì sự sống của chúng. Mặc dù các thiết bị này hiện đang được sử dụng để giữ cho gan và thận sống sót trong khoảng 24 giờ, nhưng công nghệ này đang mở rộng nhanh chóng.

Các đổi mới gần đây bao gồm:

• Bảo quản nhãn cầu: Các quy trình mới đang được phát triển để giữ cho nhãn cầu có thể duy trì sự sống, tiềm năng mở ra cánh cửa cho việc cấy ghép toàn bộ mắt.
• Tưới máu tử cung: Tại Valencia, các nhà khoa học đã phát triển một thiết bị có biệt danh là “Mother”, giúp giữ cho tử cung người sống sót thành công trong 24 giờ.

Khi các công nghệ này hội tụ—kết hợp các hỗn hợp hóa chất để ngăn chặn sự đóng băng với các hệ thống cơ học để cung cấp chất dinh dưỡng—cộng đồng y khoa đang tiến gần hơn đến mô hình "ngân hàng nội tạng". Một hệ thống như vậy sẽ cho phép các bác sĩ kiểm tra sự tương thích của các cơ quan và vận chuyển chúng qua những khoảng cách xa, thay đổi căn bản cục diện của phẫu thuật cấy ghép.

Những điểm chính cần lưu ý

• Thành công của siêu làm lạnh: Các nhà nghiên cứu đã bảo quản và cấy ghép thành công thận lợn ở −4 °C mà không cần sử dụng chất bảo vệ lạnh, vượt trội hơn so với phương pháp lưu trữ bằng băng truyền thống.
• Công nghệ tưới máu: Tưới máu bằng máy đang mở rộng từ gan và thận sang các cấu trúc phức tạp hơn như mắt và tử cung, mô phỏng các quá trình sinh học nội tại.
• Rào cản kết tinh: Thách thức kỹ thuật chính vẫn là ngăn chặn sự hình thành tinh thể băng, thứ phá hủy tính toàn vẹn của tế bào trong quá trình làm lạnh.