Samo słowo „krionika” może być mylące. Nasuwają się skojarzenia z zamrażaniem ciała na podobieństwo żywności przechowywanej w zamrażarce. W rzeczywistości chodzi o coś bardziej precyzyjnego: utrwalenie tkanek bez tworzenia w nich lodu. Umożliwia to proces nazywany witryfikacją. Wyjaśniamy, na czym polega witryfikacja, co może zapewnić, a czego nie gwarantuje.
Doprowadzenie ciała do stanu szklistego
Witryfikacja to proces przejścia cieczy w stan stały bez tworzenia kryształów. Nazwa pochodzi od łacińskiego słowa vitrum, oznaczającego szkło, ponieważ stan szklisty dobrze opisuje istotę tego procesu. Większość cieczy podczas chłodzenia krystalizuje. Przy odpowiednio szybkim chłodzeniu i zastosowaniu właściwych substancji ciecz staje się jednak coraz bardziej lepka, a następnie przechodzi w sztywne, niekrystaliczne ciało stałe. Kryształy się nie tworzą. Cząsteczki pozostają w układzie niemal identycznym jak w stanie ciekłym, tyle że przestają się poruszać.
W kriokonserwacji różnica między powstawaniem lodu a witryfikacją ma zasadnicze znaczenie dla stopnia zachowania struktury mózgu. Wodę w komórkach w dużej mierze zastępuje się krioprotektantami, a następnie tkanki schładza się poniżej temperatury zeszklenia, wynoszącej w przybliżeniu od -120 °C do -135 °C. W tych warunkach przechodzą one w stan szklisty. Powstaje w ten sposób nie zamrożone ciało, lecz tkanka w stanie szklistym, w którym rozkład zostaje praktycznie zatrzymany.
Co daje witryfikacja
Przeprowadzona prawidłowo witryfikacja daje jednocześnie cztery efekty:
- Zapobiega tworzeniu się kryształów lodu, dzięki czemu nie dochodzi do mechanicznego rozrywania tkanki typowego dla zamrażania.
- Pomaga zachować strukturę komórek i tkanek, w tym połączenia między neuronami w mózgu.
- Spowalnia niemal do zatrzymania wszystkie reakcje chemiczne i biologiczne, wstrzymując rozkład.
- Ma na celu zachowanie informacji zapisanej w strukturze tkanek, zwłaszcza mózgu, w stopniu, który hipotetycznie mógłby umożliwić jej przyszłą rekonstrukcję. Chodzi o element, który faktycznie stanowi o tożsamości danej osoby.
To właśnie zachowanie struktury mózgu stanowi podstawowe założenie biostazy. Obecnie nie dysponujemy technologią, która pozwalałaby odwrócić ten proces lub przywrócić funkcje organizmu.
Czego witryfikacja nie daje
Tutaj uczciwość liczy się bardziej niż entuzjazm. Witryfikacja nie przywraca życia. Nie cofa procesu starzenia ani nie leczy choroby, która doprowadziła do śmierci. Sama w sobie nie daje też żadnej gwarancji, że ktokolwiek zostanie kiedyś wskrzeszony. Witryfikacja może jedynie zachować fizyczną strukturę organizmu na tyle dobrze, by hipotetyczna możliwość przyszłej rekonstrukcji nie została z góry wykluczona. Jest to próba zachowania tkanek z myślą o przyszłych możliwościach medycyny. Obecnie nie potrafimy przywrócić do życia osoby poddanej kriokonserwacji. Podkreślamy z równą jasnością, że wskrzeszenie obecnie nie jest możliwe.
Jakość witryfikacji w dużej mierze decyduje o tym, jak dobrze zachowa się struktura tkanek podczas dalszego przechowywania. Jeśli kryształy lodu poważnie uszkodzą strukturę mózgu, ewentualna przyszła rekonstrukcja zapisanej w niej informacji może okazać się niemożliwa. W założeniu witryfikacja ma zachować strukturę biologiczną znacznie lepiej niż zwykłe zamrożenie lub przechowywanie szczątków. Dlatego witryfikacja jest jednym z kluczowych elementów współczesnej kriokonserwacji.
Kiedy lepszym rozwiązaniem jest fiksacja
Skuteczna witryfikacja wymaga równomiernego dotarcia krioprotektantu do tkanek, co jest możliwe tylko wtedy, gdy układ krążenia nadal zapewnia odpowiednią perfuzję. Przy zaawansowanych uszkodzeniach niedokrwiennych równomierna perfuzja może być niemożliwa, co zwiększa ryzyko powstawania lodu w istotnych obszarach tkanki. W takich przypadkach można zastosować drugą metodę: kriokonserwację stabilizowaną aldehydem, w skrócie ASC.
W metodzie ASC mózg poddaje się perfuzji glutaraldehydem, czyli utrwalaczem, który sieciuje białka i stabilizuje strukturę tkanki. Procesy rozkładu zostają w ten sposób gwałtownie zahamowane, a struktura tkanki utrwalona przed rozpoczęciem chłodzenia. Po ustabilizowaniu tkanki stopniowo zwiększa się stężenie krioprotektantu, do około 65% glikolu etylenowego, a następnie mózg poddaje się witryfikacji w temperaturze bliskiej -135 °C i przechowuje długoterminowo.
Skuteczność tej metody oceniano bezpośrednio na podstawie zachowania struktury tkanki. W badaniu ASC pozwoliła zachować strukturę synaps w całym mózgu świni. Wynik ten otrzymał nagrodę Brain Preservation Foundation w kategorii dużych ssaków, a zachowanie struktury potwierdzono za pomocą 3-wymiarowej mikroskopii elektronowej po ponownym ogrzaniu.
Cena tego rozwiązania jest realna i nie powinna być ukrywana. Obecnie nie znamy metody pozwalającej odwrócić skutki fiksacji. Glutaraldehyd może bardzo dokładnie utrwalić konektom, ponieważ chemicznie sieciuje białka. Jednocześnie uniemożliwia to biologiczne przywrócenie funkcji tak utrwalonej tkanki. ASC ma zachować wzorzec strukturalny mózgu, ale odbywa się to kosztem możliwości biologicznego przywrócenia funkcji tkanki. Rodzi to pytania o ciągłość tożsamości.
Dlatego ASC nie jest metodą stosowaną standardowo. Jeżeli perfuzja przebiega prawidłowo, zwykła witryfikacja nie wyklucza ani hipotetycznej naprawy biologicznej, ani rekonstrukcji struktury. ASC rozważa się wtedy, gdy alternatywą może być znaczne lub całkowite zniszczenie struktury.
W skrócie: współczesna kriokonserwacja dąży do witryfikacji tkanki, a nie do jej zamrożenia. Krioprotektanty ograniczają powstawanie lodu, dzięki czemu tkanki mogą przejść w stabilny stan szklisty.
Narzędzie praktyczne w szczegółach
Interaktywne narzędzie pomaga zbadać pytanie poruszone w tym artykule.
Trwa wczytywanie narzędzia interaktywnego...
Dalsza lektura