Ak je cieľom vitrifikácia, teda uvedenie tela do stabilného sklovitého stavu bez tvorby deštruktívneho ľadu, kryoprotektanty sú látky, ktoré to umožňujú. V podstate ide o medicínske nemrznúce zmesi. Aj v tomto prípade však celý postup stojí na citlivom kompromise. Látka, ktorá chráni tkanivo pred ľadom, mu pri nesprávnej dávke škodí. Na pochopenie kryoprotektantov je dôležité pochopiť, ako sa vyvažuje ochrana tkaniva a riziko toxicity.
Prečo je potrebné zabrániť tvorbe ľadu
Začnime nepriateľom. Keď voda v tele zamrzne, spôsobí dva druhy poškodenia naraz. Prvé je mechanické: rastúce ľadové kryštály vytláčajú okolité bunky do čoraz užších priestorov nezamrznutej kvapaliny a deformujú jemné vnútorné štruktúry. Druhé je chemické: pri zamŕzaní čistej vody sa rozpustené látky hromadia v čoraz menšom objeme zostávajúcej kvapaliny. Soli a ďalšie látky sa tak koncentrujú, až vznikne toxický roztok. Každý z týchto mechanizmov by sám osebe poškodzoval tkanivo. Spolu môžu bežným zamrznutím poškodiť práve tie štruktúry, ktoré uchovávajú informácie podstatné pre osobnú identitu.
Kryoprotektanty existujú preto, aby ľad vôbec nevznikol. Tkanivo namiesto zamrznutia prejde do sklovitého, vitrifikovaného stavu a jeho štruktúra sa zachová do miery, ktorú umožní kvalita perfúzie.
Čo sú kryoprotektanty v skutočnosti
Kryoprotektívna látka sa správa podobne ako nemrznúca zmes v chladiči auta: rozpúšťa sa vo vode a znižuje teplotu, pri ktorej by táto voda inak kryštalizovala. Medicínske verzie používané v kryonike, ako glycerol, etylénglykol, propylénglykol a dimetylsulfoxid (DMSO), sa vyberajú a kombinujú presne na tento účel. Rozdeľujú sa na dve skupiny, ktoré sa používajú spoločne:
- Penetrujúce látky prechádzajú bunkovou membránou a bránia vzniku ľadu vo vnútri bunky.
- Nepenetrujúce látky zostávajú mimo buniek a obmedzujú tvorbu ľadu v priestoroch medzi bunkami, kde ľad zvyčajne vzniká ako prvý. Penetrujúce látky prechádzajú bunkovou membránou a nahrádzajú veľkú časť vnútornej vody, čím bránia vzniku ľadu priamo v bunke.
Používajú sa spolu z kľúčového dôvodu. Keď nepenetrujúce látky chránia priestor mimo buniek, ktorý je náchylnejší na tvorbu ľadu, penetrujúce látky nemusia v bunkách dosahovať také vysoké koncentrácie. Práve koncentrácia kryoprotektantov je pritom jedným z hlavných problémov.
Kompromis medzi toxicitou a ochranou, skutočné jadro problému
Tu sa ukazuje základný problém kryoprotekcie. Na spoľahlivú vitrifikáciu treba nahradiť veľkú časť vody v tele kryoprotektantom. Čím vyššia je však koncentrácia, tým je látka pre tkanivo toxickejšia. Príliš málo znamená ľad, príliš veľa znamená chemické poškodenie. Úlohou je nájsť rovnováhu medzi týmito dvoma rizikami.
Túto rovnováhu umožňujú dva dôležité poznatky. Prvým je, že toxicita výrazne závisí od teploty: látka, ktorá by tkanivo poškodila pri vyššej teplote, je pri nízkej teplote podstatne menej škodlivá. Preto sa kryoprotektanty podávajú postupne vo zvyšujúcej sa koncentrácii a zároveň sa telo ochladzuje, aby sa toxicita v každej fáze udržala na nízkej úrovni. Druhým poznatkom je, že vhodná kombinácia látok môže byť menej toxická než jedna látka použitá samostatne v potrebnej koncentrácii. Hľadanie správneho pomeru je naďalej predmetom výskumu a zlepšovanie zmesí môže ovplyvniť budúcu kvalitu revitalizácie.
Riešenia sa neustále zlepšujú
Dnešný kryoprotektant nie je jediná chemická látka, ale presne vyladená zmes, ktorá je výsledkom desiatok rokov vývoja. Kryobiológ Greg Fahy vyvíjal vitrifikačné roztoky v niekoľkých generáciách, pričom každá nová generácia riešila nedostatky predchádzajúcej. Prvé zmesi s jedinou látkou nahradili kombinácie DMSO s amidmi a propylénglykolom. Etylénglykol následne nahradil toxickejšie zložky. Neskôr sa začali používať látky potláčajúce tvorbu ľadu, ktoré obmedzujú kryštalizáciu aj pri nižších koncentráciách. Posledným krokom bolo doladenie pomeru nepenetrujúcich zložiek tak, aby sa potlačilo poškodenie z chladu. Súčasné látky určené na použitie u ľudí sú výsledkom tohto vývoja. Tomorrow.bio a Cryonics Institute používajú optimalizovanú verziu roztoku nazývaného VM1, zloženého približne z rovnakých dielov dimetylsulfoxidu a etylénglykolu. Iní poskytovatelia používajú svoje vlastné, chránené formulácie. Oba prístupy predstavujú odlišný kompromis medzi cenou a rozsahom dostupnej dokumentácie, pričom VM1 je pri jednom prípade výrazne lacnejší. Výskumníci používajú aj prediktívny ukazovateľ toxicity označovaný qv*, ktorý pomáha navrhovať zmesi spoľahlivo vitrifikujúce pri čo najmenšom poškodení tkaniva. Podstatné je, že „kryoprotektant“ nie je nemenná látka, ale oblasť, ktorá sa neustále vyvíja. Každé zlepšenie môže zvýšiť kvalitu uchovania, čo je aj témou kapitoly Posúvanie hraníc odboru.
Otvorený problém, ktorý nikto neskrýva
Treba otvorene pomenovať ešte jeden problém. Pri kryogénnych teplotách sa toxicita kryoprotektantov prakticky neuplatňuje, pretože chemické reakcie sú takmer úplne zastavené. Toxicita sa stáva problémom najmä pri ohrievaní. Pri návrate k normálnej teplote by bolo potrebné tieto látky rýchlo a bezpečne odstrániť, aby nepoškodili tkanivo. Zvládnutie tohto procesu bude úlohou budúcej medicíny pri revitalizácii. Dnes ho ešte nie je možné vyriešiť. Treba to povedať otvorene: revitalizácia v súčasnosti nie je možná a tvrdiť opak by bolo nečestné. Predpokladom je, že civilizácia schopná odstrániť pôvodnú príčinu smrti zvládne aj kontrolovaný ohrev a že zachovaná štruktúra poskytne dostatočný základ na ďalšiu prácu.
Veľká časť výskumu, ktorý dnes prebieha v Tomorrow.bio a inde, sa sústreďuje práve na rovnováhu medzi vyššou koncentráciou kryoprotektantu a nižšou toxicitou. Každé zlepšenie zmesi môže priamo zvýšiť mieru zachovania štruktúry človeka pri ochladení na -196°C.
Skrátka: kryoprotektanty obmedzujú tvorbu ľadu a umožňujú vitrifikáciu. Súčasne však môžu spôsobiť toxicitu a osmotický stres, preto treba starostlivo kontrolovať koncentráciu, teplotu aj spôsob podania.
Preskúmajte tento praktický nástroj
Použite interaktívny nástroj na preskúmanie otázky v tomto článku.
Interaktívny nástroj sa načítava...
Ďalšie čítanie