Pēc krioaizsardzības perfūzijas pacients netiek vienkārši ievietots šķidrajā slāpekļa tilpnē.
Pacients seko datora kontrolētai temperatūras programmai, kas ilgst vairākas dienas. Sensori pacienta iekšienē rāda, vai dažādas anatomiskas zonas dzesas kopā vai sadalās bīstamos termiskos gradientos.
Inženierproblēma mainās dzesēšanas laikā. Agrīnā dzesēšana jāierobežo ledus veidošanās. Tuvojoties un zem stikla pārejas temperatūras, precizitāte un termiskā vienmērība kļūst svarīgākas par ātrumu.
Kāpēc nepieciešama kontrolēta dzesēšana
Krioaizsardzības līdzekļi samazina dzesēšanas ātrumu, kas nepieciešams, lai izvairītos no ledus veidošanās. Tie ļauj ūdeni bagātai audu vielai nonākt augstas viskozitātes, stikla līdzīgā stāvoklī, nevis kristalizēties plaši.
Attiecīgā stikla pārejas temperatūra, apzīmēta kā Tg, ir atkarīga no šķīduma, tā koncentrācijas un mērīšanas metodes. Tā ir diapazons, nevis viena universāla bioloģiska robeža.
Cilvēku krioaizsardzībai nozīmīgiem šķīdumiem šī zona parasti atrodas tuvu -120°C līdz -135°C.
Virs šīs zonas pārāk lēna dzesēšana var ļaut ledus kodolu veidošanos un augšanu. Zem tās materiāls sāk uzvedties kā trausls ciets ķermenis.
Ja virsma dzesē daudz ātrāk nekā centrs, dažādas zonas saraujas atšķirīgi. Rezultātā termomehāniskais spriegums var radīt plaisas.
Tas rada ierobežotu ceļu: dzesēt pietiekami ātri pirms vitrifikācijas, tad kontrolēt gradientus un dzesēšanas ātrumu, kad pacients kļūst līdzīgs stiklam.
Skatietatšķirību starp sasalšanu un vitrifikāciju par pamata fāžu uzvedību.
Pirmās paaudzes dzesēšanas kaste
Tomorrow.bio pirmās paaudzes sistēma, saukta par V1 dzesēšanas kasti, izveidoja pamata arhitektūru kontrolētai visu ķermeņu dzesēšanai.
Pacients tiek ievietots speciālā izolētā kamerā. Dators kontrolē kameras krioģēno vidi, kamēr termopāri mēra temperatūras vairākos punktos.
Regulators seko ieprogrammētajai līknei, nevis pielieto maksimālo dzesēšanu nepārtraukti. Katrs sensora kanāls tiek reģistrēts kā daļa no pacienta termiskās vēstures.
Tas jau ir fundamentāli atšķirīgi no tiešas iegrimšanas. Mašīna var palēnināt, turēt vai mainīt kameras apstākļus atbilstoši tam, ko pats pacients dara.
Otrās paaudzes deivara sistēma
Otrās paaudzes dizains no Tomorrow.bio pārvieto kontroles dzesēšanu specializētā dewar traukā.
Pacients paliek dewar traukā, kamēr specializēts vāks integrē dzesēšanas aparatūru, datora kontroles sistēmu, vārstus, sensoru savienojumus un termopāru ievades caurulītes.
Termopāras ir novietotas vairākos pacienta iekšējās daļās. Papildu sensori uzrauga termisko vidi dewar traukā.
Sistēma tādējādi uztver vairāk nekā norādīto mērķa temperatūru. Tā redz, cik ātri dažādas pacienta mērāmās zonas reaģē.
Dators pielāgo dewar trauka temperatūras gradientu un dzesēšanas ātrumu, lai saglabātu šos rādītājus protokola atļautajā robežā.
Liels ķermenis dzesēšanas laikā nevar būt perfekti izotermisks. Praktiskais mērķis ir samazināt temperatūras izkliedi un novērst, lai jebkura mērāmā zona pārāk strauji vai pārāk lēni neatdzistu.
Dewar trauka ģeometrija arī samazina manipulācijas starp kontroles dzesēšanu un kriogēnisko uzglabāšanu. Viena un tā pati noslēgta forma var nodrošināt stabilu, simetrisku vidi ap pacientu.
Mērķa temperatūra nav pacienta temperatūra
Regulators var ātri padarīt vidi aukstu. Tas nevar nekavējoties padarīt cilvēka ķermeņa centru tikpat aukstu.
Siltums no dziļākajiem audiem jāpārvietojas uz virsmu. Ģeometrija, ķermeņa sastāvs, krioprotektanta sadalījums un sensoru novietojums ietekmē novēroto aizkavējumu.
Tādēļ viens kameras sensors ir nepietiekams. Viena -130°C vidi nodrošināšana neaprobežo, ka katra pacienta mērāmā daļa ir sasniegusi -130°C.
Kontroles sistēmai jāņem vērā gan absolūtā temperatūra, gan starp kanāliem novērotais atšķirības. Vislēnākā, visātrākā un kopējā izkleide nes katru informāciju.
Termopāru kalibrācija, novietojums un nepārtrauktība arī ir svarīgi. Nepatīkamas rādītāju vērtības vai sensoru kļūmes jānorāda, nevis klusībā jāiekļauj vidējā līkne.
Tomorrow.bio trīsposmainā temperatūras programma
Pašreizējais protokols sastāv no trim atšķirīgiem posmiem. Šie lielumi ir darbības mērķi šai iekārtai un krioprotektīvam pieejai, nevis universāli konstantes katrai vitrifikācijas sistēmai.
1. Ātri noslīdēt uz -130°C
Pirmajā posmā pacients tiek pārvietots no sausā ledus temperatūras līdz aptuveni -130°C, tik ātri, cik droši ļauj mērītā temperatūras izkleide.
Ātrums šeit ir svarīgs, jo nepietiekami aizsargātās zonas vēl var veidot ledus pirms audu kļūst līdzīgi stiklam.
Dators neņem vērā tikai pagājušo laiku. Tas uzrauga termopāras un pielāgo dzesēšanas vidi ap pacientu.
2. Ļaut kontroles atsitienam virzīties uz -120°C
Pēc aptuveni -130°C sasniegšanas, aktīvā dzesēšana tiek samazināta un pacientam ļauj dabiski sasilst līdz aptuveni -120°C.
Tas ir atkausēšanas posms. Tuvojoties Tg, krioprotektētais materiāls saglabā pietiekamu molekulu mobilitāti, lai daļa uzkrātā mehāniskā sprieguma varētu atslābināties.
Atkausēšana arī dod iespēju siltākām un aukstākām zonām pārvietoties tuvāk kopā pirms materiāls tiek ievilkts dziļāk savā stingrajā stikla stāvoklī.
Atkausēšana neatgriež jau esošos bioloģiskos bojājumus. Tās mērķis ir šaurāks: samazināt termiskos gradientus un spriegumus, ko rada nevienmērīga saršana.
3. Nokāpiet līdz -196°C ar aptuveni 1°C stundā
No aptuveni -120°C, mērķa dzesēšanas temps ir aptuveni 1°C stundā līdz pacients sasniedz šķidrā slāpekļa temperatūru.
Šis pēdējais 76 grādu intervāls aizņem aptuveni trīs dienas, pat pirms tiek ņemti vērā noturēšanas posmi un kontroles pielāgojumi.
1°C stundā lielā, termiski heterogēnā ķermenī uzturēšana ir kontroles problēma, ne vienkārši taimera iestatījums.
Kontrolierim jāpielāgo deivara vide nepārtraukti, lai iekšējie termopāri nokaist kopā, neradot pārāk lielus gradientus.
Ja viena zona atpaliek, piespiežot vidi kļūt aukstākai, var pārdzesēt citu zonu. Precizitāte nozīmē visu sensoru lauka līdzsvarošanu, nevis vienas rādījuma vajāšanu.
Kāpēc atkausēšanas posms ir zinātniski ticams
Lielo mērogu vitrifikācijas pētījumi identificē divas konkurējošas kļūmju zonas: nepietiekamu dzesēšanu virs Tg un pārāk lielu mehānisko spriegumu ap un zem Tg.
Viens2024 cilvēka orgānu mēroga vitrifikācijas pētījumsizmantoja vairākus iekšējos zondes un secināja, ka atkausēšana samazina gradientus pirms materiāls ieiet stikla fāzē.
Tajā pašā pētījumā tika atklāts, ka lēna dzesēšana zem atkausēšanas zonas palīdz izvairīties no lielu gradientu un spriegumu atjaunošanās.
Atsevišķitermomehānisko pētījumu pierādīja, ka atkausēšana tuvu Tg būtiski maina atlikušo spriegumu un vājina tā atkarību no iepriekšējās dzesēšanas temps.
Šie pētījumi atbalsta pamata kontroles stratēģiju. Tie neatsevišķi neapstiprina katru precīzu iestatījumu Tomorrow.bio visa ķermeņa protokolā.
Cilvēka ķermeņi ir lielāki un heterogēnāki nekā laboratorijas šķīdumi vai orgāni. Nepieciešami tieši temperatūras ieraksti un attēlojumi pēc atdzesēšanas.
Ko dators ieraksta
Noderīgais izvads nav ziņojums, kas teiktu “atdzesēšana pabeigta”. Tas ir pilns laika rindas ieraksts no katra temperatūras kanāla.
Ierakstā jābūt redzamiem ātrumiem, noturēšanai, atgriešanai, gradientiem starp sensoriem, kontroles darbībām, trauksmes signāliem un jebkuriem novirzījumiem no plānotās līknes.
Šie dati kļūst par daļu nokrioprezervācijas kvalitātes novērtējuma.
Pēc atdzesēšanas standartizēta datortomogrāfija pie šķidrā slāpekļa temperatūras var atklāt krioprotektantu izplatību, ledus, lielas deformācijas un lūzumus, ko vienīgi temperatūras dati nevar atklāt.
Kāpēc beigt pie šķidrā slāpekļa temperatūras
Normālā atmosfēras spiedienā slāpeklis vārās aptuveni pie 77.34 kelviniem, kas ir aptuveni -195.8°C, pēcNIST Chemistry WebBook datiem.
Šķidrā slāpekļa uzglabāšana ir pasīva. Kamēr traukā ir pietiekami daudz šķidruma, tā vārīšanās līdzsvars uztur stabilu kriogēnu vidi bez mehāniskas dzesēšanas sistēmas.
Kontrolētais noslīdēšanas process beidzas tikai tad, kad pacients ir termiski gatavs šai stabilajai stāvoklim. Uzglabāšana netiek izmantota kā aizstājējs atdzesēšanai.
Nākamās stadijas dizains un kompromisi ir aprakstītimodernajos kriogēniskajos dewaros un starptemperatūras uzglabāšanas sistēmās.
Saīsināti: Tomorrow.bio izmanto datorkontrolētu dzesēšanu un iekšējiem temperatūras sensoriem. Process dzesē ātri tuvu stikla veidošanās punktam, mazina termisko spriegumu, tad lēni noslīd līdz -196°C.
Izpētiet šo praktisko rīku
Izmantojiet interaktīvo rīku, lai izpētītu šajā rakstā minēto jautājumu.
Notiek interaktīvās rīka ielāde...
Turpmākā lasīšana