Mrazivý prostriedok na ochranu tkanív (tzv. kryoprotektant)

Ak je cielomvitrifikácia priniesť telo do stabilného sklovitého stavu namiesto ničivej ľadu, potom sú kryoprotektanty trikom, ktorý to robí fyzikálne možné. Sú, takmer doslovne, lekárskym protimrazom. A ako mnoho z najdôležitejších nástrojov v tejto oblasti, prinášajú so sebou ostrý kompromis. Celý postup je navrhnutý okolo neho. To, čo chráni tkanivo pred ľadom, je v nesprávnej dávke tiež toxické preň. Pochopenie kryoprotektantov znamená pochopenie toho, ako sa táto napätá situácia riadi.

Prečo musí byť ľad zastavený, akýmkoľvek spôsobom

Začnite s nepriateľom. Keď sa voda vo vnútri tela zmrzne, spôsobuje okamžite dva druhy poškodenia. Prvým je mechanické: ako sa tvoria ľadové kryštáliky, drvia okolitých buniek do zužujúcich sa kanálikov nezamrznutej tekutiny, deformujúc jemné štruktúry vnútri. Druhým je chemické: ako sa čistá voda zmrazuje, všetko, čo bolo v nej rozpustené, sa zhromažďuje do zvyšujúcej sa tekutiny, ktorá zostáva, čím sa zvyšuje koncentrácia solí a rozpúšťadiel, až sa táto kapsa tekutiny stane jedovatou. Jedno z nich samo osebe by bolo zlé. Spolu robia obyčajné zmrazenie spoľahlivým spôsobom, ako zničiť presné štruktúry, ktorékódujú, kto ste.

Kryoprotektanty existujú preto, aby sa uistili, že sa ľad nikdy neformuje. Namiesto zmrazenia prechádza tkanivo do sklovitého, vitrifikovaného stavu, a štruktúra je udržiavaná tak dobre, ako to umožňuje perfúzia.

Čo sú vlastne kryoprotektanty

Kryoprotektívna látka sa správa veľmi podobne ako protimraz, ktorý dávate do chladiča auta: rozpúšťa sa vo vode a znižuje teplotu, pri ktorej by sa inak voda kryštalizovala. Lekárske verzie používané v kryonike, ako sú glycerín, etylénglykol, propylénglykol a dimetylsulfóxid (DMSO), sú vyberané a miešané presne pre túto úlohu. Pracujú v dvoch rodinách, ktoré spolupracujú:

• Penetrirajúce látky prechádzajú bunkovou membránou a zabraňujú tvorbe ľaduvnútri bunky.
• Nepenetrirajúce látky zostávajú mimo bunky a zabraňujú tvorbe ľadu v priestorochmedzi bunkami, kde sa ľad zvyčajne objavuje ako prvý. Penetrirajúce látky prechádzajú bunkovou membránou a nahrádzajú veľkú časť vody vnútri, čím zabraňujú tvorbe ľadu vnútri bunky samotnej.

Používajú sa spolu z dôvodu, ktorý sa ukáže byť ústredný. Keďže nepenetrirajúce látky zvládajú ľahšie, viac ľadom náchylné priestory mimo buniek, penetrirajuce látky nemusia byť tlačené do tak vysokých koncentrácií vnútri nich. A koncentrácia, ako si hneď ukážeme, je celý problém.

Výmenný pomer toxicity, ktorý je skutočným príbehom

Tu je napätie, ktoré definuje celé odvetvie kryoprotekcie. Aby ste mohli spoľahlivo vitrifikovať, musíte nahradiť veľkú časť vody v tele kryoprotektantom. Čím vyššia je koncentrácia, tým viac sa však činidlo stáva toxickým pre tkanivo. Použite príliš málo a dostanete ľad. Použite príliš veľa a dostanete chemické poškodenie. Umenie spočíva v precíznom vyvážení medzi nimi.

Dve skutočnosti robia toto vyváženie možné. Prvou je, že toxicita prudko závisí od teploty: činidlo, ktoré by poškodilo tkanivo v teple, je oveľa jemnejšie, keď je chladné. Preto sa kryoprotektanty zavádzajú postupne, pri zvyšujúcej sa koncentrácii, pričom sa telo súčasne ochladzuje, čím sa toxicita udržuje nízka v každom kroku. Druhou je, že správnekombinácie činidiel môžu znížiť celkovú toxicitu zmesi pod úroveň, ktorú by spôsobilo ktorékolvek jednotlivé činidlo v plnej sile. Nájdenie správnej zmesi je aktívny výskumný problém a jej zdokonaľovanie je jedným z konkrétnych nástrojov na zlepšeniekvality budúceho oživenia.

Samotné riešenia sa neustále zlepšujú

Kryoprotektant používaný dnes nie je jedno chemické činidlo, ale dôkladne vyladený koktail a je výsledkom desaťročí iterácií. Kryobiológ Greg Fahy budoval svoje vitrifikačné roztoky po generáciách. Každý z nich odstránil nedostatok predchádzajúceho. Rané zmesi s jedným činidlom ustúpili zmesiam DMSO s amídmi a propylénglykolom. Následne etylénglykol nahradil toxickejšie zložky. Ďalej prišli molekuly blokujúce ľad, ktoré potláčajú kryštalizáciu pri nižších koncentráciách. Posledným krokom bolo úprava pomeru neprenikajúcich zložiek, aby sa predišlo poškodeniu chladom. Aktuálne roztoky používané pre ľudí sú výsledkom tejto postupnosti. Tomorrow.bio a Cryonics Institute používajú optimalizovanú verziu roztoku nazývaného VM1. Je zostavený z približne rovnakých dielov dimetylsulfóxidu a etylénglykolu. Iní poskytovatelia používajú vlastné proprietárne formulácie. Obe predstavujú rôzne kompromisy medzi nákladmi a dokumentáciou. VM1 je oveľa lacnejší na prípad. Výskumníci dokonca majú prediktívne meradlo toxicity, ktoré je napísané ako qv*, ktoré pomáha navrhovať zmesi, ktoré vitrifikujú spoľahlivo, pričom spôsobia čo najmenej škody. Bod je v tom, že „kryoprotektant“ nie je pevná vec, ale pohybujúca sa hranica, a každé zlepšenie priamo zvyšuje vernosť zachovania, čo je témarozvoja odvetvia.

Otvorený problém, ktorý nikto neskrýva

Existuje ešte jedna úprimná komplikácia. Pri kryogénnych teplotách nie sú kryoprotektanty vôbec toxické, pretože nič nereaguje; všetko je zastavené. Problémom jeznovuohrievanie. Na ceste späť nahor by sa museli činidlá rýchlo a čisto odstrániť, aby sa predišlo poškodeniu tkaniva. To urobiť dobre je problém pre budúcu medicínu, ktorá by sa zaoberala oživením. Nie je to niečo, čo by sa dalo vyriešiť dnes. Povedali sme to otvorene, pretožeoživenie je v súčasnosti nemožné a predstieranie opaku by bolo nečestné. Sázka je na to, že civilizácia schopná opraviť pôvodnú príčinu smrti bude schopná aj riadeného znovuohrievania, a že zachovaná štruktúra jej poskytne niečo, s čím bude možné pracovať.

Toto vyvažovanie, viac nemrznúcej zmesi oproti nižšej toxicitě, je presne tam, kde sa v súčasnosti sústreďuje veľká časť výskumu v Tomorrow.bio a inde. Každé zlepšenie zmesi je priamym zlepšením toho, ako verne prežije štruktúra človeka cestu k-196°C.

Ďalšie čítanie

• Mrazenie vs. vitrifikácia
• Čo je ischémia a ako ovplyvňuje kryoprezerváciu?
• Technické výzvy pre kvalitnú ochranu
• Kľúčový slovník