Антифризът за медицински цели (известен още като криопротектор)

Ако целта евитрификация да се доведе тялото до стабилно стъкловидно състояние вместо до разрушителен лед, тогава криопротекторите са трикът, който го прави физически възможно. Те са, почти буквално, медицински антифриз. И като много от най-важните инструменти в тази област, те идват с остра компромисна цена. Цялата процедура е изградена около това. Нещата, които предпазват тъканта от лед, са също токсични за нея при неправилна доза. Разбирането на криопротекторите означава да се разбере как се управлява това напрежение.

Защо ледът трябва да бъде спрян, по всякакъв начин

Започнете с врага. Когато водата замръзва вътре в тялото, тя причинява два вида увреждания едновременно. Първото е механично: докато ледените кристали растат, те смачкват клетките около тях в стесняващи се канали от незамръзнала течност, деформирайки фините структури вътре в тях. Второто е химично: докато чистата вода замръзва, всичко, което е било разтворено в нея, се натъпква в намаляващия обем останала течност, концентрирайки соли и разтворители, докато този джоб от течност не се превърне в отрова. Едното само по себе си би било лошо. Заедно те правят обикновеното замръзване сигурен начин да унищожи точно онези структури, коитокодират кои сте вие.

Криопротекторите съществуват, за да осигурят ледът никога да не се образува от само себе си. Вместо да замръзва, тъканта преминава в стъкловидното, витрифицирано състояние, а структурата се запазва толкова добре, колкото позволява перфузията.

Какво представляват криопротекторите всъщност

Един криопротективен агент се държи много като антифриза, който слагате в радиатора на колата: разтваря се във водата и понижава температурата, при която тази вода би кристализирала. Медицинските версии, използвани в криониката, като например глицерол, етиленгликол, пропиленгликол и диметилсулфоксид (DMSO), се избират и смесват точно за тази цел. Те принадлежат към две семейства, които работят като екип:

• Проникващи агенти преминават през клетъчната мембрана и предотвратяват образуването на ледвътре в клетката.
• Нетрансформиращи агенти остават извън клетката и предотвратяват образуването на лед в пространстватамежду клетките, където той има тенденция да се появява първи. Проникващите агенти преминават през клетъчната мембрана и заместват голяма част от водата вътре, предотвратявайки образуването на лед вътре в самата клетка.

Те се използват заедно за една причина, която се оказва централна. Защото нетрансформиращите агенти се справят с лесните, по-склонни към лед пространства извън клетките, проникващите агенти не е нужно да бъдат изтласквани до толкова високи концентрации вътре в тях. А концентрацията, както ще видим скоро, е цялата проблема.

Размяната на токсичност, която е истинската история

Ето напрежението, което определя цялата област на криопротекцията. За да се витрифицира надеждно, трябва да се замени голяма част от водата в тялото с криопротективен агент. Но колкото по-висока е концентрацията, толкова по-токсичен става агентът за тъканта. Използвате ли твърде малко, получавате лед. Използвате ли твърде много, получавате химическо увреждане. Изкуството е да се намери баланс между тях.

Две факта правят балансирането възможно. Първо, токсичността зависи рязко от температурата: агент, който би увредил тъканта, когато е топъл, става много по-безопасен, когато е студен. Затова криопротективните агенти се въвеждат постепенно, с увеличаваща се концентрация, докато тялото се охлажда едновременно, като по този начин токсичността се поддържа ниска на всяка стъпка. Второ, правилнитекомбинации от агенти могат да намалят общата токсичност на сместа под нивото, което би предизвикал всеки отделен агент в пълна сила. Да се намери правилната комбинация е активна изследователска задача, а подобряването ѝ е една от конкретните възможности за въздействие върхукачеството на бъдещото възкресение.

Самите разтвори непрекъснато се подобряват

Криопротективният агент, използван днес, не е едно химическо вещество, а внимателно балансиран коктейл, и той е резултат от десетилетия на итерации. Криобиологът Грег Фейхи изгради своите витрификационни разтвори в поколения. Всеки един от тях отстраняваше дефект в предишния. Ранните смеси с единствено вещество отстъпиха място на смеси от DMSO с амиди и пропиленгликол. Етиленгликолът по-късно замени по-токсичните компоненти. Следващият етап включваше молекули, блокиращи леда, които потискат кристализацията при по-ниски концентрации. Последният етап коригира баланса на непроникващите компоненти, за да противодейства на увреждането от охлаждане. Настоящите агенти за човешка употреба са на края на тази верига. Tomorrow.bio и Cryonics Institute използват оптимизирана версия на разтвор, наречен VM1. Той се състои от приблизително равни части диметил сулфоксид и етиленгликол. Други доставчици използват собствени патентовани формулировки. Двете представляват различни компромиси между цена и документация. VM1 е много по-евтин на случай. Изследователите дори разполагат с предсказателна мярка за токсичност, записана като qv*, която помага за проектирането на смеси, които витрифицират надеждно, причинявайки най-малко вреда. Точката е, че „криопротективният агент“ не е фиксирана величина, а движещ се фронт, и всяко подобрение пряко повишава точността на запазването, темата наразвитието на областта.

Откритата задача, която никой не крие

Има още една честна особеност. При криогенни температури криопротективните агенти изобщо не са токсични, защото нищо не реагира; всичко е в състояние на пауза. Проблемът с токсичността възниква призатоплянето. По пътя нагоре агентите трябва да бъдат бързо и чисто отстранени, за да се избегне увреждане на тъканта. Да се направи това добре е задача за бъдещата медицина, която би се занимавала с възкресение. Това не е нещо, което може да бъде решено днес. Ние го заявяваме открито, защотовъзкресението в момента не е възможно и да се претендира за друго би било нечестно. Залага се на това, че една цивилизация, способна да отстрани първопричината за смъртта, би могла също така да се справи с контролирано затопляне, и че запазената структура ѝ дава нещо, с което си струва да се работи.

Този баланс, повече антифриз срещу по-малко токсичност, е точно там, където се съсредоточава голяма част от текущите изследвания в Tomorrow.bio и другаде. Всяко подобрение в сместа е пряко подобрение за това колко точно структурата на човека оцелява по пътя към-196°C.

Допълнително четене

• Замразяване срещу витрификация
• Какво представлява исхемията и как влияе върху криоконсервирането?
• Технически предизвикателства за висококачествено съхранение
• Критичен речник