Jei tikslas yra vitrifikacija, tai yra kūno perkėlimas į stabilią stiklo pavidalo būseną vietoj ardančio ledo, tai krioprotektoriai yra tas triukas, kuris tai fiziškai įgalina. Jie beveik pažodžiui yra medicininis antifrizas. Ir, kaip daugelis svarbiausių šios srities įrankių, jie turi aštrų kompromisą. Aplink jį ir sudėliota visa procedūra. Tas pats dalykas, kuris saugo audinį nuo ledo, netinkama doze jam yra toksiškas. Suprasti krioprotektorius reiškia suprasti, kaip valdoma ši įtampa.
Kodėl ledą reikia sustabdyti bet kokia kaina
Pradėkime nuo priešo. Kai vanduo kūne užšąla, jis vienu metu sukelia dvi žalos rūšis. Pirmoji yra mechaninė: augantys ledo kristalai suspaudžia aplinkines ląsteles į siaurėjančius neužšalusio skysčio kanalus ir deformuoja smulkias vidines struktūras. Antroji yra cheminė: grynajam vandeniui virstant ledu, viskas, kas jame buvo ištirpę, susigrūda į likusį mažėjantį skystį, o druskos ir kitos medžiagos koncentruojasi tol, kol tas skysčio lopinėlis tampa nuodingas. Kiekviena iš jų atskirai jau būtų bloga. Kartu jos paverčia įprastą užšaldymą patikimu būdu sunaikinti būtent tas struktūras, kurios koduoja tai, kas jūs esate.
Krioprotektoriai tam ir egzistuoja, kad ledas apskritai nesusidarytų. Vietoj užšalimo audinys pereina į stiklo pavidalo, vitrifikuotą būseną, o struktūra išlaikoma tiek, kiek leidžia perfuzija.
Kas iš tikrųjų yra krioprotektoriai
Krioprotekcinė medžiaga elgiasi labai panašiai kaip antifrizas, kurį pilate į automobilio radiatorių: ji tirpsta vandenyje ir sumažina temperatūrą, kurioje tas vanduo kristalizuotųsi. Krionikoje naudojamos medicininės kokybės medžiagos, tokios kaip glicerolis, etilenglikolis, propilenglikolis ir dimetilsulfoksidas (DMSO), parinktos ir maišomos būtent šiam darbui. Jos skirstomos į dvi šeimas, dirbančias kaip komanda:
- Prasiskverbiančios medžiagos kerta ląstelės membraną ir neleidžia ledui susidaryti ląstelės viduje.
- Neprasiskverbiančios medžiagos lieka už ląstelės ribų ir neleidžia ledui susidaryti erdvėse tarp ląstelių, kur jis paprastai atsiranda pirmiausia. Prasiskverbiančios medžiagos kerta ląstelės membraną ir pakeičia didelę dalį viduje esančio vandens, taip neleisdamos ledui susidaryti pačioje ląstelėje.
Kartu jos naudojamos dėl priežasties, kuri pasirodo esanti esminė. Kadangi neprasiskverbiančios medžiagos tvarkosi su lengvesne, ledui imlesne erdve už ląstelių, prasiskverbiančių medžiagų nereikia varyti iki tokių aukštų koncentracijų ląstelių viduje. O koncentracija, kaip tuoj pamatysime, ir yra visa problema.
Toksiškumo kompromisas, kuris ir yra tikroji istorija
Štai įtampa, apibrėžianti visą krioprotekcijos sritį. Kad vitrifikacija būtų patikima, reikia labai didelę kūno vandens dalį pakeisti krioprotektoriumi. Bet kuo didesnė koncentracija, tuo medžiaga audiniui toksiškesnė. Per mažai, ir gausite ledą. Per daug, ir gausite cheminę žalą. Menas yra pataikyti tarp jų.
Pataikyti leidžia du faktai. Pirma, toksiškumas smarkiai priklauso nuo temperatūros: medžiaga, kuri šiltame audinyje kenktų, šaltyje yra kur kas švelnesnė. Todėl krioprotektoriai suleidžiami palaipsniui, didinant koncentraciją, ir tuo pat metu kūnas aušinamas, taip kiekviename žingsnyje išlaikant mažą toksiškumą. Antra, tinkami medžiagų deriniai gali sumažinti bendrą mišinio toksiškumą žemiau to, kurį sukeltų bet kuri viena medžiaga pilna koncentracija. Tinkamo derinio paieška yra aktyvi tyrimų sritis, o jo tobulinimas yra vienas iš konkrečių svertų, veikiančių būsimo atgaivinimo kokybę.
Patys tirpalai nuolat gerėja
Šiandien naudojamas krioprotektorius yra ne viena cheminė medžiaga, o kruopščiai suderintas kokteilis, dešimtmečius trukusio tobulinimo rezultatas. Kriobiologas Gregas Fahy savo vitrifikacijos tirpalus kūrė kartomis. Kiekviena ištaisydavo ankstesnės trūkumą. Ankstyvuosius vienos medžiagos mišinius pakeitė DMSO deriniai su amidais ir propilenglikoliu. Tada toksiškesnius komponentus pakeitė etilenglikolis. Toliau atsirado ledą blokuojančios molekulės, slopinančios kristalizaciją esant mažesnėms koncentracijoms. Paskutinis žingsnis buvo neprasiskverbiančių komponentų pusiausvyros koregavimas, kad būtų atsverta atvėsimo sukeliama žala. Dabartinės žmonėms naudojamos medžiagos yra tos grandinės pabaigoje. Tomorrow.bio naudoja optimizuotą tirpalo VM1 versiją. Jis sudarytas maždaug iš lygių dimetilsulfoksido ir etilenglikolio dalių. Kiti paslaugų teikėjai naudoja savo nuosavas formules. Šie variantai atspindi skirtingus kainos ir dokumentavimo kompromisus. VM1 vienam atvejui yra kur kas pigesnis. Tyrėjai turi net prognozinį toksiškumo rodiklį, žymimą qv*, kuris padeda kurti mišinius, patikimai vitrifikuojančius ir kartu darančius kuo mažiau žalos. Esmė ta, kad "krioprotektorius" nėra nekintantis dalykas, o judanti riba, ir kiekvienas patobulinimas tiesiogiai didina išsaugojimo tikslumą, kaip aprašyta skyriuje srities pažanga.
Neišspręsta problema, kurios niekas neslepia
Yra dar viena sąžininga smulkmena. Kriogeninėse temperatūrose krioprotektoriai visiškai nėra toksiški, nes niekas nereaguoja, viskas sustabdyta. Toksiškumas yra atšildymo problema. Keliaujant atgal į viršų, medžiagas reikėtų pašalinti greitai ir švariai, kad audinys nenukentėtų. Kaip tai padaryti gerai, yra ateities medicinos, kuri imtųsi atgaivinimo, uždavinys. Šiandien to išspręsti neįmanoma. Sakome tai atvirai, nes atgaivinimas šiuo metu neįmanomas, o apsimesti kitaip būtų nesąžininga. Statoma ant to, kad civilizacija, gebanti išgydyti pirminę mirties priežastį, sugebės suvaldyti ir kontroliuojamą atšildymą, o išsaugota struktūra jai duos su kuo dirbti.
Būtent ties šia pusiausvyra, daugiau antifrizo prieš mažesnį toksiškumą, ir sutelkta didelė dalis tęstinių tyrimų Tomorrow.bio bei kitur. Kiekvienas mišinio patobulinimas tiesiogiai gerina tai, kaip tiksliai žmogaus struktūra išgyvena kelionę iki -196°C.
Trumpai: Krioprotektoriai mažina ledo susidarymą ir įgalina vitrifikaciją. Jie taip pat gali sukelti toksiškumą ir osmosinį stresą, todėl koncentraciją, temperatūrą ir įvedimą reikia kruopščiai kontroliuoti.
Išbandykite šią praktinę priemonę
Naudokite interaktyvią priemonę, kad išnagrinėtumėte šiame straipsnyje keliamą klausimą.
Kraunamas interaktyvus įrankis...
Daugiau skaitinių