Медицинският антифриз (наричан още криопротектант)

Ако целта на витрификацията е тялото да премине в стабилно стъкловидно състояние, вместо да образува разрушителен лед, криопротектантите са средството, което прави това физически възможно. На практика те действат като медицински антифриз. Както много ключови средства в тази област, те имат съществено ограничение: веществото, което предпазва тъканта от лед, може да бъде токсично при неподходяща доза. За да се разбере ролята на криопротектантите, трябва да се разбере как се намира балансът между защита от лед и токсичност.

Защо ледът трябва да бъде спрян на всяка цена

Да започнем с врага. Когато водата замръзва в тялото, тя причинява два вида увреждания едновременно. Първото е механично: когато ледените кристали нарастват, те притискат околните клетки в тесни участъци с незамръзнала течност и деформират фините им вътрешни структури. Второто е химично: при замръзването на чистата вода разтворените в нея вещества остават в намаляващия обем течност, където солите и другите вещества достигат токсични концентрации. Всяко от двете само по себе си би било лошо. Заедно тези процеси разрушават именно структурите, от които зависи личната идентичност.

Целта на криопротектантите е изобщо да не се допусне образуването на лед. Вместо да замръзва, тъканта преминава в стъкловидно, витрифицирано състояние, а структурата се запазва толкова добре, колкото перфузията позволява.

Какво представляват всъщност криопротектантите

Криопротективният агент се държи подобно на антифриза, който се сипва в автомобилния радиатор: разтваря се във вода и понижава температурата, при която тя иначе би кристализирала. Медицинските версии, използвани в криониката, като глицерол, етиленгликол, пропиленгликол и диметилсулфоксид (ДМСО), са подбрани и смесени точно за тази задача. Те се делят на две групи, които се допълват:

• Проникващите агенти преминават през клетъчната мембрана и не позволяват образуването на лед вътре в клетката.
• Непроникващите агенти остават извън клетката и ограничават образуването на лед в пространствата между клетките, където той обикновено се образува най-напред.

Двете групи се използват заедно поради причина, която се оказва решаваща. Тъй като непроникващите агенти защитават извънклетъчната среда, която е по-податлива на образуване на лед, проникващите агенти не трябва да достигат толкова високи концентрации в клетките. А концентрацията е основният източник на проблема.

Основният проблем: токсичността

Ето напрежението, което определя цялата област на криопротекцията. За да се постигне надеждна витрификация, голяма част от водата в тъканите трябва да бъде заменена с криопротектант. Но колкото по-висока е концентрацията, толкова по-токсичен става агентът за тъканта. При твърде ниска концентрация се получава лед. При твърде висока се получава химично увреждане. Изкуството е да се намери точният баланс между двете.

Два факта правят този баланс постижим. Първо, токсичността зависи силно от температурата: агент, който би увредил тъканта при по-висока температура, е значително по-малко вреден при ниска температура. Затова криопротектантите се въвеждат постепенно и в нарастваща концентрация, докато тялото едновременно се охлажда. Така токсичността се ограничава на всеки етап. Второ, подходящите комбинации от агенти могат да бъдат по-малко токсични от всеки от компонентите, използван самостоятелно в съответната концентрация. Определянето на оптималния състав остава важна изследователска задача, а усъвършенстването му може да подобри качеството на бъдещото възстановяване.

Развитието на криопротективните разтвори

Съвременните криопротективни разтвори не са единични химични вещества, а внимателно подбрани смеси, разработвани и усъвършенствани десетилетия. Криобиологът Грег Фахи разработва няколко последователни поколения разтвори за витрификация, като всяко от тях отстранява недостатъци на предишното. Ранните смеси с един агент отстъпили място на комбинации от ДМСО с амиди и пропиленгликол. По-късно етиленгликолът заменя някои от по-токсичните компоненти. След това са включени молекули, които потискат кристализацията при по-ниски концентрации. На по-късен етап е коригиран балансът на непроникващите компоненти, за да се ограничи увреждането от охлаждането. Съвременните разтвори, използвани при хора, са резултат от това последователно развитие. Tomorrow.bio и Cryonics Institute използват оптимизирана версия на разтвор, наречен VM1, изграден от приблизително равни части диметилсулфоксид и етиленгликол. Други доставчици използват собствени патентовани формули. Двата подхода се различават по цена и по обема на публикуваните данни за тях: VM1 е значително по-евтин при отделен случай. Изследователите използват и показател за прогнозиране на токсичността, означаван като qv*, който помага при разработването на смеси с надеждна витрификация и минимално увреждане. Изводът е, че криопротективните разтвори непрекъснато се развиват и всяко подобрение може пряко да повиши качеството на съхранението, тема, разгледана в развитието на областта.

Нерешеният проблем

Има още едно честно усложнение. При криогенни температури токсичността на криопротектантите практически не се проявява, тъй като химичните реакции са силно потиснати. Токсичността се превръща в проблем при повторното затопляне. При затоплянето агентите трябва да бъдат отстранени бързо и ефективно, за да не увредят тъканта. Безопасното отстраняване на агентите е задача за бъдещата медицина и не може да бъде решено с днешните възможности. Това трябва да се каже ясно: връщането към живот засега не е възможно и твърдението за обратното би било подвеждащо. Предположението е, че бъдеща цивилизация, способна да отстрани причината за смъртта, ще може да извърши и контролирано затопляне, ако запазената структура предоставя достатъчна основа за възстановяване.

Именно намирането на баланс между защита от лед и ниска токсичност е във фокуса на голяма част от текущите изследвания в Tomorrow.bio и другаде. Всяко подобрение на сместа може пряко да повиши степента, в която човешката структура се запазва при охлаждането до -196 °C.

За допълнително четене

• Замръзване срещу витрификация
• Какво е исхемия и как влияе на криопрезервацията?
• Технически предизвикателства пред качественото съхранение
• Речник за начинаещи