Ha a cél avitrifikáció, azaz a test stabil üvegállapotba hozása a káros jégképződés helyett, akkor a krioprotektánsok azok a módszerek, amelyek ezt fizikai értelemben lehetővé teszik. Ezek, szinte szó szerint, orvosi fagyállók. És mint sok más fontos eszköz ebben a területen, ezekkel is éles kompromisszum jár együtt. Az egész eljárás ennek a feszültségnek a kezelésére épül. Az a dolog, amely megvédi a szövetet a jégtől, a helytelen dózis esetén mérgező is lehet a szövetre nézve. A krioprotektánsok megértése tehát azt jelenti, hogy megértsük, hogyan kezelik ezt a feszültséget.
Miért kell megállítani a jeget, bármilyen áron
Kezdjük az ellenséggel. Amikor a víz megfagy a testen belül, egyszerre kétfajta kárt okoz. Az első mechanikai: ahogy a jégkristályok növekednek, összeroppantják a körülöttük lévő sejteket a beszűkülő, fagyott folyadékcsatornákba, deformálva a finom belső struktúrákat. A második kémiai: ahogy a tiszta víz megfagy, minden, ami oldott benne volt, a maradék folyadékba préselődik, koncentrálva a sókat és oldott anyagokat, amíg az a folyadékcsepp mérgezővé nem válik. Egyik önmagában is rossz. Együtt pedig a normál fagyasztás megbízható módja annak, hogy elpusztítsa azokat a struktúrákat, amelyekazt kódolják, aki Ön.
A krioprotektánsok célja, hogy megakadályozzák a jégképződést. A szövetek ahelyett, hogy megfagynának, üvegállapotba, vitrifikált állapotba kerülnek, és a struktúra a perfúzió által lehetővé tett mértékig megmarad.
Mi is valójában a krioprotektáns
Egy krioprotektív anyag viselkedése nagyban hasonlít ahhoz a fagyállóhoz, amit egy autó hűtőjébe tesznek: oldódik a vízben, és csökkenti azt a hőmérsékletet, amelyen a víz egyébként kristályosodna. A krionikában használt orvosi minőségű változatok, mint például a glicerin, etilén-glikol, propilén-glikol és dimetil-szulfoxid (DMSO), éppen erre a célra vannak kiválasztva és keverve. Két családra oszthatók, amelyek együttműködve dolgoznak:
- Áthatoló anyagok átjutnak a sejtmembránon, és megakadályozzák a jégképződésta sejt belsejében.
- Nem áthatoló anyagok kívül maradnak a sejt mellett, és megakadályozzák a jégképződést asejtek közötti terekben, ahol az elsőként megjelenik. Az áthatoló anyagok átjutnak a sejtmembránon, és sok vizet helyettesítenek a sejt belsejében, megakadályozva a jégképződést a sejt itselfen belül.
Ezeket az anyagokat azért használják együtt, mert ez a megoldás a központi kérdés. Mivel a nem áthatoló anyagok kezelik a könnyebb, jégre hajlamosabb külső teret, az áthatoló anyagokat nem kell olyan magas koncentrációban alkalmazni a sejtek belsejében. És a koncentráció, ahogy hamarosan látni fogjuk, a teljes probléma.
A mérgezőség kompromisszumai, amely a valóságos történet
Itt van az a feszültség, amely meghatározza a teljes krioprotekciós területet. Ahhoz, hogy megbízhatóan vitrifikáljon, nagy mennyiségű vizet kell kicserélni a szervezetéből krioprotektánsokkal. Minél magasabb azonban a koncentráció, annál mérgezőbb az anyag a szövetre. Túl keveset használ, és jeget kap. Túl sokat, és kémiai károsodást okoz. A művészet abban rejlik, hogy a lehető legvékonyabb vonalon haladjon e kettő között.
Két tény teszi lehetővé, hogy a tűt a szénakazalban lehessen találni. Először is, a mérgezőség élesen függ a hőmérséklettől: egy anyag, amely melegen károsítaná a szövetet, hidegen sokkal enyhébben hat. Ezért a krioprotektánsokat fokozatosan, emelkedő koncentrációban vezetik be, miközben a testet egyidejűleg lehűtik, így minden lépésben alacsony marad a mérgezőség. Másodszor, a megfelelőkombinációk alacsonyabb össz-mérgezőséget eredményezhetnek, mint bármelyik egyedi anyag teljes erősségben. Ennek a keveréknek a helyes összeállítása aktív kutatási probléma, és a javítása az egyik konkrét eszköze ajövőbeli felélesztés minőségének javításának.
A megoldások maguk is folyamatosan fejlődnek
A mai krioprotektáns nem egyetlen vegyület, hanem gondosan hangolt koktél, és évtizedes iteráció eredménye. A kriobiológus, Greg Fahy vitrifikációs oldatait generációkban építette fel. Mindegyik javított egy hibát az előzőn. A korai egykomponensű keverékek átadták a helyüket a DMSO, amidok és propilén-glikol keverékeinek. Az etilén-glikol ezután kiszorította a mérgezőbb összetevőket. A jégképződést gátló molekulák következtek, amelyek alacsonyabb koncentrációnál is gátolták a kristályosodást. Az utolsó lépés a nem penetráló összetevők egyensúlyának beállítását szolgálta, hogy ellensúlyozza a lehűlési sérüléseket. A jelenleg emberi felhasználásra szánt anyagok ennek a láncnak a végén állnak. A Tomorrow.bio és a Cryonics Institute egy optimalizált változatát használja a VM1 nevű oldatnak. Ez nagyjából egyenlő arányú dimetil-szulfoxidból és etilén-glikolból épül fel. Más szolgáltatók saját, védett formulákat használnak. A kettő különböző kompromisszumokat képvisel a költség és a dokumentáció között. A VM1 sokkal olcsóbb esetenként. A kutatóknak van egy prediktív mérőszáma a mérgezőségre, amelyet qv*-ként jelölnek, és segít olyan keverékek tervezésében, amelyek megbízhatóan vitrifikálnak, miközben a lehető legkisebb kárt okozzák. A lényeg, hogy „a krioprotektáns” nem rögzített dolog, hanem egy mozgó határvonal, és minden javulás közvetlenül növeli a megőrzés hűségét, aa terület fejlődése témájának jegyében.
A nyílt probléma, amelyet senki sem rejteget
Van még egy őszinte ránc a szöveten. Kriogén hőmérsékleten a krioprotektánsok egyáltalán nem mérgezőek, mivel semmi sem reagál; minden leállt. A mérgezőség aújrahevítés problémája. A visszafelé vezető úton gyorsan és tisztán el kell távolítani az anyagokat, hogy elkerüljük a szövet károsodását. Ezt jól megoldani a jövő orvostudományának feladata lenne, amely a felélesztést kezeli. Ma még nem megoldható. Nyíltan kimondjuk ezt, mivel aa felélesztés jelenleg nem lehetséges, és az ellenkezőjét állítani becstelenség lenne. A tét az, hogy egy olyan civilizáció, amely képes kezelni a halál eredeti okát, a kontrollált újrahevítés kezelésére is képes lesz, és a megőrzött struktúra ad neki valamit, amin dolgozni érdemes.
Ez a kiegyensúlyozó aktus, több fagyálló versus kevesebb mérgezőség, pontosan az a terület, ahol sok kutatás folyik a Tomorrow.bionál és máshol is. Minden javulás a keverékben közvetlenül javítja, hogy mennyire hűen vészeli át az emberi struktúra az utat a-196°C felé.
TL;DR: A fagyasztóvédő anyagok csökkentik a jégképződést, és lehetővé teszik a vitrifikációt. Ezek azonban mérgező hatást is okozhatnak, valamint ozmotikus stresszt, ezért a koncentrációt, hőmérsékletet és bejuttatást gondosan szabályozni kell.
Fedezze fel ezt a gyakorlati eszközt
Használja az interaktív eszközt a cikkben szereplő kérdés feltárásához.
Az interaktív eszköz betöltése...
További olvasnivaló