冰溫套用於複雜生物組織保存的熱質傳遞機理探索

《冰溫套用於複雜生物組織保存的熱質傳遞機理探索》是依託天津商業大學，由諸凱擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：冰溫套用於複雜生物組織保存的熱質傳遞機理探索
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：諸凱
• 依託單位：天津商業大學

項目摘要

項目圍繞冰溫溫度帶用於複雜生物組織乃至腎臟器官保存的熱學機理展開研究，採用學科交叉的研究方法，重點關注複雜生物組織在冰點移動狀態下的傳熱傳質特性以及由此引發的細胞層面的回響。用可視化手段動態觀察研究常溫至臨界冰溫溫度多類組織細胞聚集狀態、以及它們之間熱質傳遞的現象規律。擬解決的關鍵問題主要為：尋求使複雜生物組織細胞內外滲透壓維持平衡的生物熱力學條件和非相變極限溫度與常溫相互轉變過程中如何維持細胞膜液晶相不變；非相變極限溫度狀態生物組織細胞超微結構形態變異及細胞力學損傷的定量化描述；嘗試針對生物體真實形狀同時考慮隨時間變化的三維瞬態溫度場重構。從宏微觀兩個層面上，闡明冰溫保存複雜生物組織的傳熱機制，揭示冷熱驅動過程中組織細胞間熱質遷移的特徵及規律。項目特色體現在：從目前生物低溫保存中提取新的科學問題，擴展新的概念，而不是在新的科學問題里去尋找傳統理論依據，重在開拓器官保存方法的創新。

結題摘要

項目圍繞採用非相變極限溫度（冰溫）對腎臟器官保存的熱學機理展開研究，採用學科交叉的方法，重點關注移植器官冷灌注時的傳熱傳質特性以及由此引發的細胞層面的回響。採用可視化低溫顯微系統實驗研究臨界相變溫度下，多類組織細胞聚集狀態、以及它們之間熱質傳遞的現象規律。探明非相變極限溫度與常溫相互轉變過程中如何維持細胞膜液晶相不變；以及該溫度狀態細胞微結構形態變異、細胞力學損傷的定量化描述等關鍵問題。通過揭示相變過程對細胞損傷的熱學機理，提出的移植器官延時保存方法得以實施。 在數值重構方面，提出了一種科學並相對準確的數值模擬方法。使腎臟三維溫度場以及生物熱應力場重構成功並相對準確，為深入了解腎臟低溫保護液灌注過程中的傳熱特性，提供了一個研究平台以及理論與數據支撐的依據。對移植器官冷灌注過程中，因溫度梯度而導致產生熱應力等方面，進行了應力與變形的耦合場研究計算。據此認為冷灌注過程因溫度梯度帶來的生物熱應力，並沒有對細胞造成致命的應力損傷。該研究結論排除了“灌注過程可能會造成細胞力學損傷”的疑慮，並提供了理論依據。上述研究結果為避免灌注過程對細胞所造成損傷，找到了安全控制的方法和手段。 課題從細胞層面的基礎研究至動物腎臟器官的成功移植，宏微觀兩個層面上，進行了細緻而又深入的研究。清晰闡明非相變極限溫度保存複雜生物組織的傳熱機制，揭示冷熱驅動過程中組織細胞間熱質遷移的特徵及規律。項目的價值體現在：採用熱科學的理論與方法，揭示和解決了臨床移植醫學中的（動物）器官延時保存問題。 需要說明的是：目前臨床人體腎移植手術，腎保存時間原則上不能超過24小時，在臨床上不能超過16小時。根據實驗計算和測定的非相變極限溫度，本課題將豬腎臟置於-0.8±0.05℃恆溫箱，分別保存了36和55小時，腎器官自體移植取得了成功，並且達到了良好的效果，說明本課題提出的採用“非相變極限溫度”延時保存移植器官，得到了科學的驗證。