Dacă vitrificarea este obiectivul, aducerea corpului într-o stare stabilă, asemănătoare sticlei, fără formarea gheții distructive, crioprotectanții sunt substanțele care fac acest lucru posibil. Sunt, aproape la propriu, antigeluri medicale. Ca multe alte instrumente esențiale din acest domeniu, ele implică însă un compromis important. Întreaga procedură este concepută pentru a gestiona acest compromis. Substanța care protejează țesutul de gheață poate deveni toxică atunci când este administrată într-o concentrație nepotrivită. Pentru a înțelege rolul crioprotectanților, trebuie înțeles modul în care este gestionat acest echilibru.
De ce trebuie împiedicată formarea gheții
Să începem cu inamicul. Când apa îngheață în interiorul unui corp, produce simultan două tipuri de daune. Prima este mecanică: pe măsură ce cristalele de gheață cresc, ele strivesc celulele din jur, împingându-le în canale tot mai înguste de lichid neîngheațat și deformând structurile fine din interior. A doua este chimică: pe măsură ce apa pură îngheață, tot ce era dizolvat în ea se concentrează în lichidul rămas, tot mai redus, până când sărurile și solviții transformă acel rest de fluid într-o soluție otrăvitoare. Fiecare dintre aceste forme de afectare ar fi gravă chiar și luată separat. Împreună, ele fac din înghețarea obișnuită un proces care distruge structurile ce păstrează informația biologică asociată identității unei persoane, codifică identitatea unei persoane.
Crioprotectanții sunt folosiți pentru a preveni formarea gheții. În loc să înghețe, țesutul poate trece într-o stare vitrificată, asemănătoare sticlei, iar gradul de conservare a structurii depinde de calitatea perfuziei.
Ce sunt de fapt crioprotectanții
Un agent crioprotector funcționează asemănător antigelului din radiatorul unei mașini: se dizolvă în apă și reduce tendința acesteia de a forma cristale de gheață. Substanțele de uz medical folosite în crioprezervare, precum glicerolul, etilenglicolul, propilenglicolul și dimetilsulfoxidul (DMSO), sunt selectate și combinate pentru acest rol. Ele se împart în două familii care lucrează în echipă:
- Agenții penetranți trec prin membrana celulară și împiedică formarea gheții în interiorul celulei.
- Agenții nepenetranți rămân în afara celulei și limitează formarea gheții în spațiile dintre celule, unde aceasta tinde să apară prima. Agenții penetranți traversează membrana celulară și înlocuiesc o parte importantă din apa intracelulară, reducând riscul formării gheții în celule.
Sunt folosiți împreună dintr-un motiv esențial. Deoarece agenții nepenetranți protejează spațiul dintre celule, agenții penetranți pot fi utilizați în concentrații mai mici în interiorul celulelor. Concentrația este, după cum vom vedea, problema centrală.
Compromisul dintre protecție și toxicitate
Aceasta este tensiunea care definește întregul domeniu al crioprotecției. Pentru a vitrifica în mod sigur, este necesar ca o mare parte din apa corpului să fie înlocuită cu crioprotectant. Dar cu cât concentrația este mai mare, cu atât agentul devine mai toxic pentru țesut. O concentrație prea mică permite formarea gheții. O concentrație prea mare produce leziuni chimice. Dificultatea constă în găsirea echilibrului dintre aceste două extreme.
Două fapte fac acest echilibru posibil. Primul este că toxicitatea depinde puternic de temperatură. Un agent care afectează țesutul la temperaturi mai ridicate poate fi mult mai puțin nociv la rece. De aceea, crioprotectanții sunt administrați treptat, în concentrații tot mai mari, pe măsură ce corpul este răcit, pentru a limita toxicitatea în fiecare etapă. Al doilea este că anumite combinații de agenți pot avea o toxicitate totală mai mică decât ar avea fiecare agent folosit singur, la aceeași concentrație. Identificarea combinației potrivite rămâne un subiect de cercetare activă, iar perfecționarea formulelor poate îmbunătăți calitatea viitoare a reanimării.
Soluțiile crioprotectoare sunt în continuă dezvoltare
Crioprotectantul folosit astăzi nu este o singură substanță chimică, ci un amestec elaborat cu grijă, rezultat al unor decenii de rafinare succesivă. Criobiologul Greg Fahy a dezvoltat succesiv mai multe generații de soluții de vitrificare. Fiecare formulă nouă a urmărit să corecteze unele limite ale celei precedente. Amestecurile timpurii, cu un singur agent, au fost înlocuite de combinații de DMSO cu amide și propilenglicol. Etilenglicolul a înlocuit apoi componentele mai toxice. Au urmat molecule care blochează formarea gheții, suprimând cristalizarea la concentrații mai mici. O etapă ulterioară a ajustat proporția componentelor nepenetrante pentru a reduce leziunile asociate răcirii. Agenții utilizați astăzi pentru crioprezervarea umană sunt rezultatul acestui proces îndelungat de perfecționare. Tomorrow.bio și Cryonics Institute folosesc o variantă optimizată a soluției VM1, alcătuită din proporții aproximativ egale de dimetilsulfoxid și etilenglicol. Alți furnizori folosesc formule proprii. Cele două abordări implică compromisuri diferite între cost și gradul de documentare. VM1 este considerabil mai ieftină pentru fiecare caz. Cercetătorii folosesc și o măsură predictivă a toxicității, notată qv*, care ajută la conceperea unor amestecuri capabile să vitrifica în condiții de siguranță, cu leziuni cât mai reduse. Pe scurt, „crioprotectantul” nu desemnează o formulă fixă, ci o categorie aflată în permanentă dezvoltare, iar fiecare progres poate îmbunătăți gradul de conservare a țesuturilor, tema centrală a avansului acestui domeniu.
O problemă încă nerezolvată
Mai există o precizare importantă, care trebuie formulată clar. La temperaturi criogenice, toxicitatea crioprotectanților nu mai produce efecte biologice semnificative, deoarece reacțiile chimice și biologice sunt extrem de încetinite. Toxicitatea devine o problemă abia la reîncălzire. În cursul reîncălzirii, agenții ar trebui îndepărtați rapid și complet, pentru a evita afectarea țesutului. Aceasta va fi o sarcină a medicinei viitorului, dacă reanimarea va deveni posibilă. Această problemă nu poate fi rezolvată cu tehnologiile disponibile astăzi. Spunem acest lucru clar deoarece reanimarea nu este posibilă în prezent, iar orice afirmație contrară ar fi necinstită. Ipoteza este că o civilizație capabilă să trateze cauza inițială a morții va putea realiza și reîncălzirea controlată, iar structura conservată îi va oferi o bază biologică ce poate fi reparată.
Găsirea echilibrului dintre protecția împotriva gheții și toxicitate este una dintre direcțiile principale ale cercetării desfășurate la Tomorrow.bio și în alte centre. Fiecare perfecționare a amestecului poate îmbunătăți gradul în care structura unei persoane este conservată până la -196 °C.
Rezumat: Crioprotectanții reduc formarea gheții și fac posibilă vitrificarea. Pot provoca și toxicitate și stres osmotic, motiv pentru care concentrația, temperatura și modul de administrare trebuie controlate cu strictețe.
Explorați acest instrument practic
Folosiți instrumentul interactiv pentru a explora întrebarea din acest articol.
Se încarcă instrumentul interactiv...
Lecturi suplimentare