Medicinski antifriz (također poznat kao krioprotektant)

Ako je ciljvitrifikacija, dovođenje tijela u stabilno staklastoliko stanje umjesto destruktivnog leda, onda su kriozaštitna sredstva trik koji to čini fizički mogućim. Oni su, gotovo doslovno, medicinski antifriz. I kao što je slučaj s mnogim najvažnijim alatima u ovoj domeni, oni dolaze s oštrim kompromisom. Cijeli postupak je osmišljen oko toga. Ono što štiti tkivo od leda također je toksično za njega u pogrešnoj dozi. Razumijevanje kriozaštitnih sredstava znači razumijevanje kako se ta napetost upravlja.

Zašto led mora biti zaustavljen, po svaku cijenu

Počnimo s neprijateljem. Kada se voda unutar tijela smrznuti, istovremeno uzrokuje dvije vrste oštećenja. Prvo je mehaničko: kako kristali leda rastu, oni drobe stanice oko sebe u sve uže kanale ne smrznute tekućine, deformirajući fine strukture unutar njih. Drugo je kemijsko: kako se čista voda smrznuti, sve što je u njoj bilo otopljeno biva natrpano u sve manju preostalu tekućinu, koncentrirajući soli i otopljene tvari dok taj džep tekućine ne postane otrovan. Samo jedno od njih bilo bi loše. Zajedno čine običnu smrznutost pouzdanim načinom uništenja upravo onih struktura kojekodeiraju tko ste Vi.

Kriozaštitna sredstva postoje kako bi se osiguralo da led nikada ne nastane. Umjesto smrznutosti, tkivo prelazi u staklastovito, vitrifikovano stanje, a struktura se održava koliko god perfuzija dopušta.

Što kriozaštitna sredstva zapravo jesu

Kriozaštitno sredstvo ponaša se slično kao antifriz koji se stavlja u automobilski hladnjak: otapa se u vodi i snižava temperaturu pri kojoj bi se ta voda inače kristalizirala. Medicinski razred verzije koje se koriste u krioonici, poput glicerola, etilen glikola, propilen glikola i dimetil sulfoksida (DMSO), odabrane su i miješane upravo za taj posao. Dijele se u dvije obitelji koje rade kao tim:

• Penetrirajuća sredstva prelaze staničnu membranu i sprječavaju nastanak ledaunutar stanice.
• Ne-penetrirajuća sredstva ostaju izvan stanice i sprječavaju nastanak leda u prostorimaizmeđu stanica, gdje se obično pojavljuje prvo. Penetrirajuća sredstva prelaze staničnu membranu i zamjenjuju velik dio vode unutar nje, sprječavajući nastanak leda unutar same stanice.

Oni se koriste zajedno iz razloga koji se ispostavlja kao središnji. Jer ne-penetrirajuća sredstva obrađuju lakši, više skloniji ledu prostor izvan stanica, penetrirajuća sredstva ne moraju biti potisnuta do tako visokih koncentracija unutar njih. A koncentracija, kako ćemo uskoro vidjeti, cijeli je problem.

Trgovina toksičnošću, koja je prava priča

Evo napetosti koja definira cijelo područje krioprotekcije. Da bi se pouzdano vitrificiralo, potrebno je zamijeniti velik dio vode u tijelu krioprotektivnom tvari. No što je koncentracija veća, to je tvar toksičnija za tkivo. Koristite premalo i dobivate led. Koristite previše i dobivate kemijsku štetu. Umijeće je pronaći ravnotežu između njih.

Dvije činjenice omogućuju da se igla provuče. Prvo, toksičnost ovisi o temperaturi: tvar koja bi oštetila tkivo kada je toplo, daleko je blaža kada je hladno. Stoga se krioprotektivne tvari uvode postupno, pri rastućoj koncentraciji, dok se tijelo istovremeno hladi, održavajući toksičnost niskom u svakom koraku. Drugo, odgovarajućekombinacije tvari mogu smanjiti ukupnu toksičnost smjese ispod one koju bi uzrokovala pojedina tvar u punoj jačini. Postizanje te mješavine je aktivno istraživačko pitanje, a njeno unapređenje je jedan od konkretnih alata za unapređenjekvalitete budućeg oživljavanja.

Same otopine postaju sve bolje

Krioprotektivna tvar koja se danas koristi nije jedna kemikalija već pažljivo podešeni koktel, a rezultat je desetljeća iteracija. Kriobiolog Greg Fahy je izgradio svoje vitrifikacijske otopine u generacijama. Svaka je popravljala nedostatak prethodne. Rane mješavine s jednom tvari ustupile su mjesto mješavinama DMSO-a s amidima i propilen glikolom. Etilen glikol je zatim zamijenio toksičnije komponente. Molekule koje blokiraju led došle su sljedeće, suzbijajući kristalizaciju pri nižim koncentracijama. Zadnji korak je uskladio omjer neprodirućih komponenti kako bi se suprotstavio ozljedama zbog hlađenja. Trenutne otopine za ljudsku uporabu nalaze se na kraju tog lanca. Tomorrow.bio i Cryonics Institute koriste optimiranu verziju otopine zvanu VM1. Izgrađena je od otprilike jednakih dijelova dimetil sulfoksida i etilen glikola. Drugi pružatelji koriste vlastite patentirane formulacije. Dvije predstavljaju različite kompromise između troškova i dokumentacije. VM1 je daleko jeftiniji po slučaju. Istraživači čak imaju i prediktivnu mjeru toksičnosti, navedenu qv*, koja pomaže dizajnirati smjese koje pouzdano vitrificiraju uz najmanju štetu. Točka je u tome da 'krioprotektivna tvar' nije fiksna stvar već pokretna granica, a svako unapređenje izravno povećava vjernost očuvanja, temuunapređenja područja.

Otvoreni problem koji nitko ne skriva

Postoji još jedna iskrena komplikacija. Na kriogenim temperaturama, krioprotektivne tvari nisu toksične uopće, jer ništa ne reagira; sve je zaustavljeno. Toksičnost je problemzagrijavanja. Na putu prema gore, tvari bi se morale brzo i čisto ukloniti kako bi se izbjegla šteta tkivu. To dobro učiniti problem je buduće medicine koja bi se bavila oživljavanjem. To nije nešto što se može riješiti danas. Kažemo to izravno, jeroživljavanje trenutno nije moguće i pretvarati se drukčije bilo bi neiskreno. Kladnja je da civilizacija sposobna popraviti izvorni uzrok smrti može također upravljati kontroliranim zagrijavanjem, te da očuvana struktura pruža nešto vrijedno za rad s time.

Upravo taj balans, više antifriza nasuprot manje toksičnosti, mjesto je gdje se trenutno odvija mnogo istraživanja u Tomorrow.bio i drugdje. Svako unapređenje u smjesi izravno je unapređenje u tome koliko vjerno struktura osobe preživi put do-196°C.

Daljnje čitanje

• Smrzavanje nasuprot vitrifikaciji
• Što je ishemija, i kako utječe na krioprezervaciju?
• Tehnički izazovi za kvalitetnu očuvanost
• Kritični rječnik