Josvitrifikaatio on tavoitteena, ruumiin saattaminen pysyvään lasimaisenlaiseen tilaan tuhoavan jään sijaan, silloin kryoprotektantit ovat temppu, joka tekee siitä fyysisesti mahdollista. Ne ovat lähes kirjaimellisesti lääketieteellistä pakkasnestettä. Ja kuten moni tämän alan tärkeimmistä työkaluista, niillä on terävä kompromissi. Koko toimenpide on suunniteltu sen ympärille. Se, mikä suojaa kudosta jäältä, on myös myrkyllistä sille väärällä annoksella. Kryoprotektanttien ymmärtäminen tarkoittaa ymmärtämistä, miten tämä jännite hallitaan.
Miksi jää on pysäytettävä millä keinoin tahansa
Aloitetaan vihollisesta. Kun vesi jäätyy ruumiin sisällä, se aiheuttaa samanaikaisesti kahta vahinkoa. Ensimmäinen on mekaaninen: jääkiteiden kasvaessa ne murskaavat niitä ympäröivät solut kaventuviin sulaneen nesteen kanaviin, vääristäen solujen sisäisiä hienorakenteita. Toinen on kemiallinen: puhtaan veden jäätyessä pois, kaikki siihen liuennut aineet pakkautuvat jäljelle jäävään nesteeseen, tiivistäen suoloja ja liuenneita aineita siihen pisteeseen, että tästä nesteestä tulee myrkyllistä. Yksikin niistä yksinään olisi huono. Yhdessä ne tekevät tavallisesta jäädyttämisestä luotettavan tavan tuhota ne rakenteet, jotkakodeeraavat kuka olet.
Kryoprotektantit ovat olemassa varmistamaan, että jää ei muodostu lainkaan. Kudos siirtyy lasimaiseen, vitrifioituneeseen tilaan jään sijaan, ja rakenne säilyy niin hyvin kuin perfuusio sallii.
Mitä kryoprotektantit oikeastaan ovat
Kryoprotektiivinen aine käyttäytyy paljon samalla tavalla kuin auton jäähdyttimeen laitettava pakkaneste: se liukenee veteen ja alentaa veden kiteytymislämpötilaa. Kryoniikassa käytettävät lääketieteelliset versiot, kuten glyseroli, etyleeniglykoli, propyleeniglykoli ja dimetyylisulfoksidi (DMSO), on valittu ja sekoitettu juuri tähän tarkoitukseen. Ne kuuluvat kahteen ryhmään, jotka toimivat tiiminä:
- Läpäisevät aineet läpäisevät solukalvon ja estävät jään muodostumisensisällä solua.
- Läpäisemättömät aineet pysyvät solun ulkopuolella ja estävät jään muodostumisensolujen välisissä tiloissa, joissa se yleensä ilmestyy ensimmäisenä. Läpäisevät aineet korvaavat suurimman osan solun sisäisestä vedestä ja estävät jään muodostumisen solun sisällä itsessään.
Niitä käytetään yhdessä syystä, joka osoittautuu keskeiseksi. Koska läpäisemättömät aineet hoitavat helpommat, jäälle alttiimmat tilat solujen ulkopuolella, läpäisevien aineiden ei tarvitse olla niin suurissa pitoisuuksissa solujen sisällä. Ja pitoisuus, kuten pian näemme, on koko ongelma.
Myrkyllisyyden kompromissi, joka on oikea tarina
Tässä on jännite, joka määrittelee koko kryoprotektion alan. Jotta voit vitrifioida luotettavasti, sinun on korvattava suuri osa kehon vedestä kryoprotektantilla. Mutta mitä suurempi pitoisuus on, sitä myrkyllisemmäksi aine muuttuu kudokselle. Käytä liian vähän, niin saat jäätä. Käytä liikaa, niin saat kemiallista vahinkoa. Taide on löytää tasapaino niiden välillä.
Kaksi seikkaa tekevät tasapainon löytämisestä mahdollista. Ensinnäkin myrkyllisyys riippuu voimakkaasti lämpötilasta: aine, joka vahingoittaisi kudosta lämpimänä, on paljon lempeämpi kylmänä. Siksi kryoprotektantit tuodaan vähitellen, kasvavassa pitoisuudessa, samalla kun kehoa jäähdytetään, pitäen myrkyllisyyden matalana joka vaiheessa. Toiseksi oikeatyhdistelmät aineita voivat alentaa seoksen kokonaismyrkyllisyyttä sen alapuolelle, mitä yksittäinen aine täydellä voimalla aiheuttaisi. Tämän seoksen saaminen oikein on aktiivinen tutkimusongelma, ja sen parantaminen on yksi konkreettisista vivuistatulevaisuuden herätyslaadun parantamiseksi.
Ratkaisut itse kehittyvät koko ajan paremmiksi
Nykyinen kryoprotektantti ei ole yksi kemikaali vaan huolellisesti säädetty cocktail, ja se on vuosikymmenten iteroinnin tulos. Kryobiologi Greg Fahy rakensi vitrifiointiratkaisunsa sukupolvittain. Jokainen korjasi edellisen puutteen. Varhaiset yksiaineiset seokset väistyivät DMSO:n ja amidien sekä propyleeniglykolin yhdistelmien tieltä. Etyleeniglykoli korvasi sitten myrkyllisemmät komponentit. Jäätä estävät molekyylit tulivat seuraavaksi, tukahduttaen kiteytymisen matalammissa pitoisuuksissa. Viimeinen askel sääteli läpäisemättömien komponenttien tasapainoa kylmävaurion ehkäisemiseksi. Nykyiset ihmiskäyttöön tarkoitetut aineet ovat tämän ketjun päässä. Tomorrow.bio ja Cryonics Institute käyttävät optimoitua versiota ratkaisusta nimeltä VM1. Se koostuu suunnilleen yhtä suurista osista dimetyylisulfoksidia ja etyleeniglykolia. Muut tarjoajat käyttävät omia patentoituja formulaatioitaan. Nämä kaksi edustavat eri kompromisseja kustannusten ja dokumentoinnin välillä. VM1 on huomattavasti halvempi per tapaus. Tutkijoilla on jopa ennustava myrkyllisyyden mittari, kirjoitettu qv*, joka auttaa suunnittelemaan seoksia, jotka vitrifioivat luotettavasti aiheuttaen mahdollisimman vähän haittaa. Piste on se, että ”kryoprotektantti” ei ole kiinteä asia vaan liikkuva rintama, ja jokainen parannus nostaa suoraan säilytyksen tarkkuutta, teemaaalan edistäminen.
Avoin ongelma, jota kukaan ei piilota
On vielä yksi rehellinen mutka. Kryogeenisissä lämpötiloissa kryoprotektantit eivät ole myrkyllisiä lainkaan, koska mikään ei reagoi; kaikki on pysähtynyt. Myrkyllisyys on ongelmalämpenemisessä. Paluumatkalla aineet pitäisi poistaa nopeasti ja puhtaasti kudosten vahingoittumisen välttämiseksi. Sen tekeminen hyvin on tulevan lääketieteen ongelma, joka hoitaisi herättämisen. Sitä ei voida ratkaista nykyään. Sanomme sen suoraan, koskaherättäminen ei ole tällä hetkellä mahdollista ja sen väittäminen muuten olisi epärehellistä. Pani on, että sivilisaatio, joka kykenee korjaamaan alkuperäisen kuolinsyyn, kykenee myös hallittuun lämpenemiseen, ja että säilynyt rakenne antaa sille jotain, minkä parissa työskennellä.
Tämä tasapainoilun taite, enemmän jäätymisenestoainetta vastaan vähemmän myrkyllisyyttä, on juuri se, mihin paljon nykyisestä tutkimuksesta Tomorrow.biolla ja muualla keskittyy. Jokainen seoksen parannus on suora parannus siihen, kuinka uskollisesti henkilön rakenne säilyy matkalla-196°C.
TL;DR: Kryoprotektantit vähentävät jään muodostumista ja mahdollistavat lasittumisen. Ne voivat kuitenkin aiheuttaa toksisuutta ja osmoottista stressiä, joten pitoisuutta, lämpötilaa ja antoastetta on valvottava huolellisesti.
Tutustu tähän käytännön työkaluun
Käytä interaktiivista työkalua tarkastelemaan tämän artikkelin kysymystä.
Ladataan interaktiivista työkalua...
Lisälukemista