在移植用的組織和器官方面，目前面臨的最大挑戰，就是防止可能造成嚴重損害的冰晶積聚。不過加州大學伯克利分校的一項新研究，已經給我們帶來了新的希望。在近日發表於《自然通訊生物學》期刊上的一篇文章中，科學家們首次使用了被稱作“等容過冷”（isochoric supercooling）的心臟組織保存與恢復技術。
等容過冷心臟儲藏裝置示意圖（來自：UC Berkeley）
大約 16 年前，加州大學伯克利分校（UC Berkeley）的 Boris Rubinsky 開創了被稱作“等容過冷”的新技術。
特點是能夠避免在生物材料的保存過程中，形成對組織有害的冰晶。除了食品保鮮，未來捐贈的器官，也將獲得更長的保存期限。
本月早些時候發表的題為《人類心臟微組織的等容過冷保存與復蘇》的新研究，還提到了這項技術能夠節省大量能源。
人造心臟組織中的肌節 / 肌絲的完整性與排列都得以保留
傳統等壓冷凍方案，需要在恆定氣壓下將物體冷凍。而等容過冷技術，則採用了將物體浸沒於液體中的方案。
通過將其密封在排除空氣的剛性容器中，即使溫度降到了冰點以下，內部也不會留有冰晶形成的空間。
此前，Rubinsky 團隊曾將樣品冷卻至 -22 ℃（-7 ℉）的低溫，同時保持 40% 的材料未被凍結。
研究配圖 – 1：心臟微生理系統與等容過冷方案
Rubinsky 解釋稱：“這其實利用了基礎的熱力學原理 —— 當要凍結的材料被限制於一個剛性盒子中時，只有部分體積會被凍結”。
在最新實驗中，研究人員使用了先前開發的芯片心臟系統。其中的心臟組織，則是由成體幹細胞生長而來。
該組織能夠以與人類心臟相似的節奏來跳動，微流體通道用於模擬細胞暴露於營養物質和藥物的過程。
在將這種工程組織浸入等容過冷室中、並冷卻至 -3 °C（26.6 °F）后，研究人員隔了 24 / 48 / 72 小時取出細胞，並嘗試將之在 37 ℃（98.6 ℉）的溫暖溫度下恢復。
研究配圖 – 2：等容過冷前後，關鍵心臟功能參數的恢復率比較。
結果發現，65~80% 的樣本組織能夠恢復自律跳動，且經歷不同冷凍儲存時間的樣本之間也沒有觀察到顯著的差異。
後續的樣本檢查，證明了等容過冷沒有改變心臟組織的結構完整性、也沒有極大地改變心率或波形 —— 儘管經歷較長冷卻時間的組織，其心跳持續時間有略微上升的趨勢。
此外接受過等容過冷實驗的心臟組織，還能夠對被稱作“異丙腎上腺素”的藥物保持反應（用於提升心率）。
主要合著者、魯賓斯基實驗室博士後學者 Matt Powell-Palm 表示：“據我們所知，這是有史以來第一份關於自律工程化人類心肌組織的過冷與復蘇報告”。
目前科學家們正在嘗試將這項專利研究應用於臨床，甚至拓展到心臟之外的其它器官組織。