Pärast kaitsepoorituse perfusiooni ei paigutata patsienti lihtsalt vedelasse lämmastikku.
Patsient järgib arvutiga kontrollitud temperatuuriprogrammi, mis kestab mitu päeva. Sensoreid patsiendi sees näitavad, kas erinevad anatoomilised piirkonnad jahtuvad koos või eralduvad ohtlikeks soojusgradienditeks.
Inseneriprobleem muutub laskumise ajal. Varajane jahutamine peaks piirama jää moodustumist. Klaasistumistemperatuuri lähedal ja all muutub täpsus ja soojuslik ühtlus kiirusest olulisemaks.
Miks vajalik on kontrollitud jahutamine
Kaitsepooritused vähendavad vajalikku jahutamis kiirust, et vältida jää moodustumist. Need võimaldavad veerikaste kudede sisenemise kõrge viskoossusega klaasitaolisesse olekusse selle asemel, et kristalliseeruda laialdaselt.
Klaasistumistemperatuur, mida tähistatakse lühendiga Tg, sõltub lahusest, selle kontsentratsioonist ja mõõtmismeetodist. See on vahemik, mitte üks universaalne bioloogiline lävend.
Inimese krüopreservatsiooni jaoks oluliste lahuste puhul on see piirkond tavaliselt umbes -120°C kuni -135°C.
Selle piirkonna kohal võib liiga aeglane jahutamine lubada jää tuumade moodustumist ja kasvamist. All muutub materjal järjest hapramaks tahkeks aineks.
Kui pind jahtub oluliselt kiiremini kui keskosa, tõmbuvad erinevad piirkonnad erinevalt kokku. Tekkinud soojusmehaaniline pinge võib põhjustada pragusid.
See loob kitsendatud tee: jahutage piisavalt kiiresti enne vitrifikatsiooni, seejärel kontrollige gradiende ja jahutamis kiirust, kui patsient muutub klaasitaoliseks.
Vaatajää moodustumise ja vitrifikatsiooni erinevust sellele aluseks olevate faasikäitumiste kohta.
Esimese põlvkonna jahutus kasti
Tomorrow.bio esimese põlvkonna süsteem, mida nimetatakse V1 jahutuskastiks, rajas kontrollitud kogu keha jahutamise põhiarhitektuuri.
Patsient paigutatakse spetsiaalsesse isoleeritud kamberesse. Arvuti kontrollib kamberi krüogeenset keskkonda, samal ajal mõõdavad termopaarid temperatuure mitmetes kohtades.
Kontroller järgib programmeeritud kõverat selle asemel, et rakendada pidevalt maksimaalset jahutamist. Iga sensorikanali andmed salvestatakse patsiendi soojusajaloo osana.
See on juba fundamentaalselt erinev otseimmersioonist. Masin võib aeglustada, peatada või muuta kamberi tingimusi vastavalt sellele, mida patsient tegelikult teeb.
Teise põlvkonna dewaaripõhine süsteem
Tomorrow.bio’ teise põlvkonna disain viib kontrollitud jahutamise spetsiaalselt ehitatud dewaarisse.
Patsient jääb dewaarisse, kus spetsialiseerunud kaas ühendab jahutusseadmed, arvutikontrollid, klapid, andurite ühendused ja termopaaride läbiviidud ühendused.
Termopaarid on paigaldatud patsiendi sees mitmes kohas. Lisaks jälgivad andurid dewaari sisekeskkonna temperatuuri.
Süsteem seega näeb rohkem kui nõutud seadistuspunkti. See jälgib, kui kiiresti erinevad mõõdetud piirkonnad patsiendis reageerivad.
Arvuti reguleerib dewaari temperatuurigradienti ja laskumiskiirust, et hoida need näitajad protokolli lubatud raames.
Suure keha jahtumine ei ole täielikult isotermiline. Praktiline eesmärk on vähendada erinevust ja ära hoida, et ükski mõõdetud piirkond ei jääks ohtlikult ees või taha.
Dewaari geomeetria vähendab ka kontrollitud jahutamise ja krüogeense hoiustamise vahelist käsitsemist. Sama suletud vorm võib pakkuda patsiendi ümber stabiilse, sümmeetrilise keskkonna.
Seadistuspunkti temperatuur ei ole patsiendi temperatuur
Regulaator võib keskkonda kiiresti jahutada. See ei suuda inimesesüdame keskosa samal ajal seda temperatuuri vastu võtta.
Soojus peab liikuma sügavamatest kudedest pindmiste poole. Geomeetria, keha koostis, krüoprotektandi jaotus ning andurite asetus mõjutavad jälgitavat viivitust.
Seetõttu ei ole üks ruumiandur piisav. Nominaalne -130°C keskkond ei tõesta, et iga mõõdetud patsiendi osa oleks jõudnud -130°C.
Kontrollisüsteemi tuleb arvestada nii absoluutse temperatuuriga kui ka kanali vaheliste erinevustega. Aeglaseim punkt, kiireim punkt ja üldine erinevus kannavad igaüks oma informatsiooni.
Termopaaride kalibratsioon, paigutus ja pidevus on samuti olulised. Ebausaldatavad näitajad või andurite rikked tuleks märgistada, mitte vaikimisi keskmistada kõverasse.
Tomorrow.bio kolmeastmeline temperatuuriprogramm
Praegune protokoll koosneb kolmest eraldiseisvast faasist. Need väärtused on selle seadme ja krüoprotektsiooni lähenemise töötarbijad, mitte iga vitrifikatsiooni süsteemi universaalsed konstandid.
1. Kiire laskumine -130°C poole
Esimene faas viib patsiendi kuivjää temperatuurilt umbes -130°C poole nii kiiresti, kui mõõdetud temperatuurierinevus seda ohutult võimaldab.
Kiirus on siin oluline, sest kaitseta piirkonnad võivad moodustada jääd enne, kui kude muutub klaasja.
Arvuti ei järgi ainult möödunud aega. See jälgib termopaare ja reguleerib patsiendi ümber jahutuskeskkonda.
2. Kontrollitud tagasilöögiga -120°C poole
Pärast ligikaudu -130°C saavutamist vähendatakse aktiivset jahutamist ja patsient lastakse loomulikult soojeneda ligikaudu -120°C suunas.
See on annealing-etapp. Tg lähedal säilitab külmutatud materjal piisavalt molekulide liikuvust, et mõni kuhjunud mehaaniline pinge saaks lõõgastuda.
See tagasipööramine annab soojematel ja külmematel piirkondadel aega läheneda üksteisele enne, kui materjal viiakse sügavamale tema jäiku klaasja seisundi.
Annealing ei pöördu tagasi eelnevalt tekkinud bioloogilise kahjustuse. Selle eesmärk on kitsam: vähendada soojusgradiendid ja pinged, mis tekivad ebavõrdse kontraktsiooni tõttu.
3. Laske -196°C suunas ligikaudu 1°C kraadi tunnis.
Lähtudes umbes -120°C’st on sihtmärgiks laskumine ligikaudu 1°C kraadi tunnis kuni patsient saavutab lämmastiku vedeliku temperatuuri.
See viimane 76 kraadi intervall võtab umbes kolm päeva isegi enne hoide ja kontrolli reguleerimisi.
1°C kraadi tunnis hoidmine suure, soojuslikult heterogeenses kehas on kontrolliprobleem, mitte lihtsalt ajastuse seadistamine.
Kontroller peab pidevalt reguleerima dewaar keskkonda nii, et sisemised termopaarid laskuvad koos ilma liigsete gradiendita loomata.
Kui üks piirkond jääb maha, võib keskkonna jahutamine liiga külmaks viia teise piirkonna ülejahutamise. Täpsus tähendab kogu sensorivälja tasakaalustamist, mitte ühe lugemise jälitamist.
Miks annealing-etapp on teaduslikult usutav
Suurema vitrifikatsiooni uuringud tuvastavad kaks konkureerivat ebaõnnestumise tsooni: ebaadekvaatne jahutamine üle Tg ja liigne mehaaniline pinge ümber ja alla Tg.
A2024 inimese organi suurusega vitrifikatsiooni uuring kasutas mitmeid sisemisi sondi ja jõudis järeldusele, et annealing vähendab gradiendid enne, kui materjal siseneb klaasja faasi.
Sama uuring leidis, et aeglane jahutamine annealing-piirkonna all aitab vältida suurte gradiendide ja pinge taastumist.
Eralditermomehaanilised uuringud leidsid, et annealing Tg lähedal muutab oluliselt jäävat pinge ja nõrgendab selle sõltuvust eelneva jahutamis kiirusest.
Need uuringud toetavad põhjalikku kontrolli strateegiat. Nad ei valideeri sõltumatult iga täpset seadet Tomorrow.bio’s kogu keha protokollis.
Terved inimkehad on suuremad ja heterogeensemad kui laboratoorsed lahused või elundid. Otse temperatuuriandmete registreerimine ja jahutamise järel tehtud pildistamine jäävad vajalikuks.
Mida arvuti registreerib
Kasulik väljund ei ole sõnum, mis ütleks „jahutamine lõpetatud“. See on täielik ajaseeria igalt temperatuurikanalilt.
Salvestus peaks näitama kiirusi, hoide, taastumisi, andurite vahelisi gradiendid, juhtimistegevusi, häireid ja igasuguse kõrvalekalde planeeritud kõverast.
Need andmed saavad osa moodustamakriopeenutuse kvaliteedi hinnangust.
Jahutamise järel võib standardiseeritud KT vedelat lämmastikku temperatuuril kasutada kaitseaine jaotuse, jää, suurte deformatsioonide ja pragude tuvastamiseks, mida üksnes temperatuurandmed ei paljasta.
Miks lõpetada vedela lämmastiku temperatuuril
Tavalises atmosfäärirõhus keeb lämmastik umbes 77.34 kelvini juures, ligikaudu -195.8°C, vastavaltNIST Chemistry WebBookandmetele.
Vedela lämmastiku hoid on passiivne. Seni, kuni anumas on piisavalt vedelikku, säilitab selle keemise tasakaal stabiilse krüogeense keskkonna ilma mehaanilise jahutamiseta.
Kontrollitud laskumine lõpeb alles siis, kui patsient on termiliselt valmis selle stabiilse oleku jaoks. Hoidmist ei kasutata jahutamise asendajana.
Järgmise etapi disaini ja kompromissid on kirjeldatud teoseskaasaegsed krüogeensed dewaarid ja vahepealse temperatuuri hoid.
Lühike kokkuvõte: Tomorrow.bio kasutab arvutiga kontrollitud jahutamist ja sisemisi temperatuuriandureid. Protsess jahutab kiiresti klaasistumise lähedal, leevendab soojuspingeid, seejärel laskub aeglaselt -196°C suunas.
Uurige seda praktilist tööriista
Kasutage interaktiivset tööriista, et uurida selles artiklis käsitletud küsimust.
Interaktiivse tööriista laadimine...
Jätkamiseks soovitatud kirjandus