ナノ温暖化と氷

Communications Biology volume 6、記事番号: 220 (2023) この記事を引用

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2 オルトメトリック

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臓器や組織の長期保存に成功すれば、生物医学に革命が起こるだろう。 軟骨の凍結保存により関節軟骨の保存期間を延長できるため、軟骨修復のための有望な骨軟骨同種移植（OCA）移植の実施が広がる見通しが立っています。 しかし、凍結保存された大型の軟骨は、加温速度が限られているため、従来の対流加温アプローチではうまく加温できず、その臨床的可能性が妨げられています。 ここでは、大きなサイズの無傷の関節軟骨を保存するためのナノ加温および氷を使用しない凍結保存方法を開発します。 私たちの方法では、76.8 °C min-1 の加熱速度が達成され、対流による昇温 (4.8 °C min-1) よりも 1 桁以上速くなります。 体系的な細胞レベルおよび組織レベルのテストを使用して、大きな軟骨の保存におけるこの方法の優れたパフォーマンスを実証します。 深さに依存した保存方法も、磁気共鳴画像法と計算モデリングを通じて観察および再現されています。 最後に、OCA 骨側へのナノ粒子の送達が、私たちの方法をさらに最適化するための実現可能な方向である可能性があることを示します。 この研究は、大型関節軟骨に対するナノ加温と氷を使用しない凍結保存の応用の先駆者であり、将来の技術開発に貴重な洞察を提供し、凍結保存された軟骨の臨床応用への道を切り開きます。

臓器またはバルク組織の移植は、何百万もの命を救い、臓器不全や組織疾患に苦しむ患者の生活の質を改善してきました1,2。 しかし、移植の準備が整った臓器や組織の数は、患者集団のニーズに到底及ばない。 たとえば、2020 年には米国で 39,036 件の臓器移植が行われ、55,121 人の新たな候補者が順番待ちリストに追加されました3。 臓器移植を待っている間に多くの患者が亡くなります。 臓器や組織に対する膨大な需要が満たされていないにもかかわらず、残念な事実として、多くの臓器や組織は移植に耐えられず、死後保存期限に達したために廃棄されている1,4。 臓器移植の場合、ドナー臓器の最大 70% が患者に届く前に期限切れになります 1,4。 臓器や組織の長期保存を達成することは、利用率を向上させ、既存の不足を軽減するために重要です。

関節軟骨欠損は一般的な膝の問題であり、関節鏡手術を受ける患者の 60 ～ 66% が罹患しています 5、6、7、8。 関節軟骨の再生能力には限界があるため、適切な外科的介入がなければ、軟骨欠損は変形性関節症 (OA) に発展する可能性があります。 米国では 2,560 万人以上の成人が OA に罹患しており、関連費用は毎年 2,000 億ドル近くに上ります9。 人口の増加と高齢化に伴い、OA 患者の数は劇的に増加すると予測されています10。 現在、OA を治療する方法はなく、この分野での継続的な研究の必要性が示されています。 同種骨軟骨移植（OCA）移植は、特に大きな欠損を有する若くて身体的に活動的な患者にとって、OA の進行を管理するための魅力的な軟骨修復戦略です 11。 微小骨折、自家軟骨細胞移植、骨軟骨自家移植片移植、および新たな組織工学的アプローチなどの他の治療オプションと比較して、OCA移植は欠損部位を機能的な全層硝子軟骨で即座に置き換え、必要な外科的処置は1回だけであり、損傷の問題を回避します。ドナー部位の死亡率12、13。 OCA移植は、広範な軟骨損傷、軟骨下骨損傷、または以前の軟骨手術が失敗した患者にとっても好ましい外科的選択肢です12、13。 OCA 移植の平均 10 年生存率は 78.7%14、移植後に患者の 75 ～ 88% がスポーツに復帰できます 15。 軟骨修復のための OCA 移植の臨床利用は過去 10 年間で人気が高まっており 16、将来的には OCA の必要性がさらに高まることが予想されます。 ただし、新鮮な OCA の入手可能性は限られています。 現在の OCA 保存の代表的な低体温保存方法では、OCA の機能特性を移植前に最大 28 日間しか保存できません 17,18。 この期間は、OCA 採取、輸送、最低 14 日間の感染症スクリーニング、移植片のマッチング、患者の準備、およびその他の関連ロジスティクスを含む手術計画に必要な長時間を考慮すると、不十分なことがよくあります。 米国では、OCA の 30% 近くが移植されずに廃棄されており 19、OCA の入手可能性がさらに困難になり、OCA 移植の広範な実施が制限されています。