دانشمندان می‌گویند کلیه‌های خوک که تا دمای ۱۵۰- درجهٔ سانتی‌گراد سرد و ماه‌ها در فریزر نگهداری شده بودند، برای نخستین‌بار با موفقیت گرم شده‌اند و دوباره کار می‌کنند. آن‌ها امیدوارند این یافته‌ها را با اندام‌های انسانی نیز تکرار کنند.

این کلیه‌ها که اندازه‌ای مشابه کلیه‌های انسان دارند، در حالتی شیشه‌مانند قرار گرفتند؛ یکی از آن‌ها بیش از یک سال در این وضعیت ماند. پس از گرم‌شدن، آزمایش روی دستگاه‌ها و پیوند به خوک‌ها، کلیه‌ها دوباره رنگ گرفتند و ادرار تولید کردند؛ نشانه‌هایی مهم از کارکرد آن‌ها.

اریک فینگر، جراح پیوند در دانشگاه مینه‌سوتا که یکی از رهبران این پژوهش بوده، می‌گوید: «ده سال پیش... نمی‌گفتم امید زیادی داشتم که واقعاً جواب بدهد. بعد از آخرین پیوند، از اتاق بیرون آمدم و گفتم: «این اتفاق بزرگی است.»» این پژوهش در سرور مقالات پیش‌چاپ bioRxiv منتشر شده و هنوز داوری علمی نشده است.

این کلیه‌ها بی‌نقص نیستند و پژوهشگران هنوز نشان نداده‌اند که می‌توانند در بلندمدت حیات را حفظ کنند. بااین‌حال، دیگران در این حوزه می‌گویند نتایج به‌دست‌آمده دستاوردی مهم است.

پیتر کیلبرد، متخصص زیست‌شناسی انجمادی و هم‌بنیان‌گذار شرکت Kyros Kairos که بر بهبود تأمین مالی پژوهش‌های انجماد زیستی تمرکز دارد و در این پژوهش نقشی نداشته، می‌گوید: «خدا را شکر که بالاخره کسی توانسته این کار را روی یک اندام انجام دهد و ثابت کند که جواب می‌دهد. سال‌هاست افراد تلاش می‌کنند به این مرحله برسند و شکست می‌خورند. سرانجام به این پیشرفت دست یافته‌ایم.»

کورکوت اویگون، مهندس زیست‌پزشکی و استاد جراحی در دانشکدهٔ پزشکی هاروارد که او نیز در این پژوهش نقشی نداشته، می‌گوید: «کار آن‌ها شگفت‌انگیز است و به ما امکان می‌دهد اندام‌ها را واقعاً برای مدتی نامحدود ذخیره کنیم. دوران پیوند اعضا در حال تحول انقلابی است.»

خریدن زمان

هر سال فقط در آمریکا ده‌ها هزار پیوند عضو انجام می‌شود. گمان می‌رود این عمل‌ها در ۲۵ سال گذشته دو میلیون سال به عمر انسان‌ها افزوده باشند. اما هنوز جای زیادی برای بهبود وجود دارد.

یکی از چالش‌های اصلی، کمبود اندام‌های در دسترس است. حتی وقتی اندامی برای پیوند پیدا می‌شود، رساندن آن به گیرندهٔ مناسب در بازهٔ ۲۴ تا ۳۶ ساعت دشوار است؛ این بازه در حال حاضر حداکثر مدت‌زمان نگهداری اندام‌های انسانی به شمار می‌رود.

افرادی که پیوند عضو دریافت می‌کنند، باید تا پایان عمر داروهایی مصرف کنند که فعالیت دستگاه ایمنی‌شان را سرکوب می‌کند. هدف از این داروها جلوگیری از پس‌زدن اندام جدید توسط بدن است. اما این داروها عوارض جانبی دارند و خطر عفونت و سرطان را افزایش می‌دهند.

امکان ذخیره‌سازی اندام‌ها برای مدت طولانی می‌تواند به رفع همهٔ این چالش‌ها کمک کند. پزشکان زمان بیشتری برای تطبیق اندام‌ها با گیرندگان خواهند داشت. همچنین می‌توانند خطر پس‌زدن اندام را کاهش دهند؛ برای مثال، با آماده‌سازی گیرندگان و دستگاه ایمنی آن‌ها از پیش.

فینگر می‌گوید: «با ذخیره‌سازی واقعی اندام‌ها... به‌جای اینکه بیماران منتظر اندام بمانند، این اندام‌ها هستند که منتظر بیماران می‌مانند.»

دانشمندان توانسته‌اند سلول‌ها را با فرایندی به نام شیشه‌ای‌سازی تا دماهای بسیار پایین سرد کنند؛ این فرایند عملاً آن‌ها را به ماده‌ای شبیه شیشه تبدیل می‌کند. این روش هم‌اکنون برای نگهداری تخمک، اسپرم و جنین به کار می‌رود. شیشه‌ای‌سازی اندام‌های کامل بسیار دشوارتر است.

برخی مشکلات را می‌توان با مواد محافظ انجمادی برطرف کرد؛ این مواد مانند ضدیخ عمل می‌کنند و از تشکیل بلورهای یخِ آسیب‌زا جلوگیری می‌کنند. اما این مواد معمولاً بسیار سمی‌اند. سردکردن سریع و یکنواخت بافت‌های بزرگ نیز دشوار است و گرم‌کردن یکنواخت همهٔ بخش‌های یک اندام به همان اندازه چالش‌برانگیز است.

فینگر و همکارانش با همکاری جان بیشوف، مهندس زیستی در دانشگاه مینه‌سوتا، راه‌حلی یافته‌اند. پس از آغشته‌کردن اندام به مادهٔ محافظ انجمادی، نانوذرات اکسید آهن را به آن تزریق می‌کنند. این نانوذرات تأثیری بر سلول‌ها ندارند؛ اما هنگام گرم‌کردن اندام می‌توان آن‌ها را با میدان الکترومغناطیسی فعال کرد.

وقتی فرکانس رادیویی این میدان بین دو حالت تغییر می‌کند، ذرات نیز جابه‌جا می‌شوند و خود را با میدان هم‌راستا می‌کنند. این فرایند باعث می‌شود در سراسر اندام گرما آزاد کنند. گروه پژوهشی با تنظیم قدرت میدان، سرعت گرم‌شدن را کنترل می‌کند تا پس از رسیدن دمای اندام به ۱۲۰- درجهٔ سانتی‌گراد، این سرعت افزایش یابد.

پژوهشگران در پژوهشی که در سال ۲۰۲۳ منتشر شد، با این روش کلیه‌های موش را با موفقیت شیشه‌ای‌سازی کردند. آن زمان توانستند کلیه‌هایی را که تا ۱۰۰ روز در فریزر نگهداری شده بودند، گرم و سپس به موش‌ها پیوند بزنند.

از آن زمان، گروه پژوهشی تلاش کرده همین موفقیت را با اندام‌های بزرگ‌تر تکرار کند. کلیه‌های خوک الگوی مناسبی برای کلیه‌های انسان به شمار می‌روند؛ اندازه و ظاهر آن‌ها تقریباً مشابه است. وزن کلیهٔ موش حدود یک گرم است، درحالی‌که کلیهٔ خوک حدود ۱۰۰ گرم وزن دارد.

این کار آسان نبوده است. مادهٔ محافظ انجمادی که برای شیشه‌ای‌سازی کلیه‌های موش استفاده شده بود، روی کلیه‌های خوک به همان خوبی عمل نکرد. بیشوف می‌گوید: «مجبور شدیم ترکیب را دوباره پیدا کنیم و تغییر دهیم. برای همین سه سال طول کشید.»

انجماد عمیق کلیه‌ها

نخستین مرحلهٔ فرایند، خارج‌کردن کلیه از بدن خوک اهداکننده است. پس از خارج‌کردن، کلیه را با محلول رایج نگهداری اندام می‌شویند تا خون از آن خارج شود؛ سپس آن را در کیسه می‌گذارند و موقتاً روی بستری از یخ درون یک محفظهٔ خنک‌کننده قرار می‌دهند تا به آزمایشگاه مهندسی منتقل شود.

در آنجا، اعضای گروه کلیه را از بسته‌بندی خارج می‌کنند و به دستگاهی وصل می‌کنند که برای کنترل دما و فشار اندام طراحی کرده‌اند. سپس تزریق ترکیب مواد محافظ انجمادی را آغاز می‌کنند؛ این کار باید به‌اندازه‌ای آهسته انجام شود که مواد به‌طور یکنواخت در اندام پخش شوند و در عین حال آن‌قدر سریع باشد که اثرات سمی به حداقل برسد. این مرحله حدود دو ساعت طول می‌کشد.

فینگر می‌گوید در مرحلهٔ بعد، نانوذرات اکسید آهن به اندام تزریق می‌شوند و حدود هفت تا هشت دقیقه در آن جریان می‌یابند. سپس با پمپاژ بخار نیتروژن سرد به درون محفظه‌ای که اندام در آن قرار دارد، فرایند سردکردن آغاز می‌شود.

این فرایند ظرافت زیادی می‌طلبد و گروه باید مطمئن شود که اندام از همه‌جا سرد می‌شود. در عین حال، دمای کلیه باید تا حد ممکن سریع کاهش یابد تا از تشکیل یخ جلوگیری شود. بیشوف می‌گوید: «اغلب چند نفر هم‌زمان کارهای متفاوتی انجام می‌دهند تا مطمئن شوند چیزی از کنترل خارج نمی‌شود.»

فینگر می‌گوید وقتی اندام در حدود ۱۲۰- درجهٔ سانتی‌گراد به حالت شیشه‌ای می‌رسد، «مثل شیشه رفتار می‌کند». «در آن مرحله، می‌تواند برای مدتی طولانی پایدار بماند؛ فکر می‌کنیم برای مدتی نامحدود.» سپس گروه فرایند سردکردن را متوقف می‌کند تا مطمئن شود تمام اندام حالت شیشه‌ای پیدا کرده است. در غیر این صورت، ممکن است ترک بردارد.

پس از این توقف، اگر همه‌چیز طبق برنامه پیش برود، کلیه در نهایت تا دمای ۱۵۰- درجهٔ سانتی‌گراد سرد می‌شود. پس از قرارگرفتن در فریزر، می‌توان آن را روزها، هفته‌ها یا حتی ماه‌ها نگهداری کرد. گروه تعداد اندکی کلیه را بیش از یک سال ذخیره کرده است.

بازگشت سریع رنگ صورتی

آزمون واقعی این کلیه‌ها زمانی است که از فریزر خارج، گرم و از مواد شیمیایی و نانوذرات پاک شوند. آیا می‌توانند حیات را حفظ کنند؟ گروه تاکنون چند کلیه را به دو روش متفاوت آزمایش کرده است.

در یکی از مجموعه‌آزمایش‌ها، پژوهشگران کلیه‌های گرم‌شده را روی دستگاه‌های پرفیوژن قرار دادند؛ این دستگاه‌ها هم‌اکنون در جراحی‌های پیوند به کار می‌روند تا مواد مغذی را به اندام برسانند و به پزشکان کمک کنند اندام را در خارج از بدن ارزیابی کنند.

در مجموعه‌آزمایش دیگری، فینگر و همکارانش کلیه‌های گرم‌شده را به خوک‌ها پیوند زدند و به مدت دو ساعت آن‌ها را زیر نظر گرفتند. فینگر می‌گوید در هر دو آزمایش، کلیه‌های گرم‌شده به‌نظر می‌رسیدند در حال بهبودند. او می‌گوید: «خیلی زود صورتی می‌شوند.»

به‌لطف پژوهشگران

روش‌های زیادی برای سنجش عملکرد کلیه وجود دارد، اما یکی از آزمون‌های مهم این است که ببینیم اندام می‌تواند ادرار تولید کند یا نه. بر اساس این معیار، کلیه‌های گرم‌شده عملکرد خوبی داشتند، هرچند حدود دوسوم مقدار معمول ادرار تولید کردند. فینگر می‌گوید: «حدود یک دقیقه بعد ادرار تولید می‌کنند. می‌دانیم که کار می‌کنند.»

بیشتر کلیه‌های گرم‌شده چند روز یا چند هفته ذخیره شده بودند؛ اما یکی از آن‌ها کمی بیش از یک سال در فریزر مانده بود. وقتی فینگر و همکارانش آن را گرم کردند و روی دستگاه پرفیوژن گذاشتند، دیدند که «بلافاصله» ادرار تولید می‌کند. فینگر می‌گوید: «در واقع، از بسیاری از کلیه‌های دیگر هم بهتر به‌نظر می‌رسید. حالا با اطمینان می‌توانیم بگوییم که قادر به نگهداری آن‌ها برای یک سال و گرم‌کردنشان با عملکردی عالی هستیم.»

کوین مایر، رئیس و مدیرعامل LifeGift، سازمانی در تگزاس که مسئول تهیهٔ اندام برای پیوند است، می‌گوید: «نگهداری یک‌ساله اتفاق بسیار مهمی است.» توانایی نگهداری اندام‌ها برای چنین مدتی، پیوند عضو را متحول خواهد کرد. او تصور می‌کند بانک‌هایی از اندام‌ها ایجاد شوند که در موارد اضطراری و برای بیمارانی که نمی‌توانند منتظر بمانند، به‌صورت فوری قابل استفاده باشند؛ برای مثال، در برخی موارد مسمومیت دارویی یا جراحت ناشی از گلوله.

موانع نهایی

بااین‌حال، این روش هنوز آمادهٔ استفادهٔ گسترده نیست. کلیه‌های گرم‌شده علاوه بر تولید ادرار کمتر از حد انتظار، نشانه‌هایی از آسیب نیز داشتند. پژوهشگران می‌گویند به‌نظر می‌رسد مواد شیمیایی محافظ انجمادی عامل این آسیب باشند.

به‌گفتهٔ کیلبرد، «این پیشرفت بزرگی است که نیمی از مشکل را حل می‌کند.»

گریگ فاهی، متخصص زیست‌شناسی انجمادی که از پیشگامان این حوزه به شمار می‌رود، می‌گوید گروه نشان داده است کلیه‌های گرم‌شده می‌توانند جریان خون را دوباره برقرار کنند؛ موضوعی «بسیار مهم». اما او دربارهٔ میزان آسیب اندام‌ها نگران است. «بر اساس این آزمایش‌ها نمی‌توانیم بگوییم که آیا این کلیه‌ها می‌توانستند حیات را حفظ کنند یا نه.»

بااین‌حال، فاهی که مدیر ارشد علمی شرکت‌های زیست‌فناوری Intervene Immune و 21st Century Medicine است و در شرکت دوم مدیر اجرایی نیز هست، می‌پذیرد که هنوز مشخص نیست این کلیه‌ها در بلندمدت و پس از قرارگرفتن در بدن یک جانور زنده چه عملکردی خواهند داشت.

فینگر همچنین امیدوار است راه‌هایی برای ترمیم آسیب‌های مشاهده‌شده در کلیه‌ها پیدا کند. پژوهش‌های دیگر نشان داده‌اند که وضعیت اندام‌های پیوندی هنگام قرارگرفتن روی دستگاه‌های پرفیوژن می‌تواند بهبود یابد. کلیه‌های آسیب‌دیده نیز ممکن است پس از قرارگرفتن در بدن تا حدی خود را ترمیم کنند. فینگر می‌گوید در هر صورت، کلیه‌های انسان ممکن است بهتر از کلیه‌های خوک با این فرایند کنار بیایند.

گام بعدی، آزمایش کلیه‌ها در خوک‌ها برای مدت طولانی‌تر خواهد بود. این گروه و بسیاری دیگر از پژوهشگران این حوزه، به جست‌وجو برای یافتن مواد محافظ انجمادی کم‌سم‌تر نیز ادامه خواهند داد. فینگر، بیشوف و همکارانشان همچنین در حال برنامه‌ریزی آزمایش‌هایی با کلیه‌های انسان هستند.

فینگر خوش‌بین است. او می‌گوید: «خواهیم دید که آسیب‌هایی وجود دارد و فرایند بی‌نقص نیست... اما حالا به مرحله‌ای رسیده‌ایم که کار می‌کند. این‌ها نقاط عطف بزرگ و تاریخی در حوزهٔ ما هستند و از این بابت هیجان‌زده‌ایم.»