حقق باحثون في قسم الهندسة الميكانيكية بجامعة تكساس إيه اند إم اكتشافاً جديداً في مجال تقنيات الحفظ بالتجميد، قد يوفر حلاً لمشكلة تشقق الأعضاء أثناء عملية التبريد. طوّر الفريق بقيادة الدكتور ماثيو باول-بالم (Matthew Powell-Palm) طريقة محسنة للحفظ بالتجميد تهدف إلى تعزيز سلامة الأنسجة الحيوية أثناء التخزين في درجات الحرارة المنخفضة جداً.
تعتمد تقنية الحفظ بالتجميد على تبريد العينات الحيوية إلى درجات حرارة تحت الصفر للحفاظ عليها طويل الأمد. وفي عام 2023، نجح فريق من جامعة مينيسوتا في زراعة كلية محفوظة بالتجميد في فئران تجارب، مما أظهر إمكانية تطبيق التقنية في زراعة الأعضاء. لكن الأعضاء كبيرة الحجم تتعرض لخطر التشقق أثناء التبريد السريع، وهو التحدي الرئيسي أمام تعميم التقنية.
لمعالجة هذا التحدي، ركّز الفريق على تقنية التزجيج (Vitrification)، التي تستخدم محاليل خاصة تحول الخلايا إلى حالة زجاجية دون تكوّن بلورات ثلجية تُسبب الضرر. قام الفريق بتعديل تركيبة محلول التزجيج ودراسة خصائصه الديناميكية الحرارية وتأثيرها على سلامة الأعضاء. يقول الدكتور باول-بالم: «بحثنا في درجات حرارة التحول الزجاجي المختلفة، واكتشفنا أن درجات الحرارة الأعلى تقلل بشكل كبير من مخاطر التشقق».
أظهرت النتائج أن رفع درجة حرارة التحول الزجاجي للمحلول يقلل بفعالية من احتمالية التشقق، مما يفتح الباب أمام تطوير جيل جديد من مواد الحماية من التجمد. وأشار الفريق إلى ضرورة تحقيق توازن بين مقاومة التشقق والتوافق الحيوي لضمان توافق المحلول مع أنسجة الجسم البشري.
تتجاوز تطبيقات الدراسة زراعة الأعضاء لتشمل حماية الحياة البرية، وتثبيت اللقاحات، وتقنيات حفظ الأغذية. يقول الدكتور غييرمو أغيلار (Guillermo Aguilar)، المؤلف المشارك في الورقة البحثية: «تُعدّ هذه الدراسة مساهمة رائدة في فهم الديناميكا الحرارية للمحاليل المائية، ومن المتوقع أن تحسن حفظ العينات الحيوية من الخلايا المنفردة إلى الأعضاء الكاملة».
ضمّ الفريق كلاً من الدكتور سهيل كافيان (Soheil Kavian)، والطالبة الدكتوراه كريستال ألفاريز (Crystal Alvarez)، ورون سيلرز (Ron Sellers)، والطالب الجامعي غابرييل أريسميندي سانشيز (Gabriel Arismendi Sanchez). وأضاف الدكتور باول-بالم: «جوهر الهندسة الميكانيكية يكمن في فهم آليات عمل المادة، وقد نجحت هذه الدراسة في دمج الكيمياء الفيزيائية، وفيزياء الزجاج، وعلم الأحياء المنخفض الحرارة في عمل متعدد التخصصات».
