Hvisvitrifikation er målet, at bringe en krop i en stabil glasagtig tilstand i stedet for destruktiv is, så er kryoprotektanterne det trick, der gør det fysisk muligt. De er, næsten bogstaveligt talt, medicinsk frostvæske. Og ligesom mange af de vigtigste redskaber inden for dette felt, kommer de med en skarp afvejning. Hele proceduren er designet omkring det. Det, der beskytter vævet mod is, er også giftigt for det ved forkert dosis. At forstå kryoprotektanter betyder at forstå, hvordan den spænding håndteres.
Hvorfor is skal stoppes, på alle tænkelige måder
Start med fjenden. Når vand fryser inde i en krop, forårsager det to former for skade på én gang. Den første er mekanisk: når iskrystaller vokser, knuser de cellerne omkring sig til indsnævrende kanaler af ufrosset væske, hvilket deformerer de fine strukturer indeni. Den anden er kemisk: når rent vand fryser ud, bliver alt, hvad der var opløst i det, presset sammen i den tilbageværende væske, hvilket koncentrerer salte og opløste stoffer, indtil den lille mængde væske bliver giftig. Hver af dem alene ville være dårligt. Sammen gør de almindelig frysning til en pålidelig måde at ødelægge de præcise strukturer, derkoder for, hvem du er.
Kryoprotektanter eksisterer for at sikre, at is aldrig dannes fra starten. I stedet for at fryse, går vævet over i den glasagtige, vitrificerede tilstand, og strukturen holdes så godt perfusionen tillader det.
Hvad kryoprotektanter egentlig er
Et kryoprotektivt middel opfører sig meget lig den frostvæske, du hælder i en bilradiator: det opløses i vand og sænker den temperatur, hvor dette vand ellers ville krystallisere. De medicinske varianter, der bruges inden for kryonik, ting som glycerol, ethylenglycol, propylenglycol og dimethylsulfoxid (DMSO), er udvalgt og blandet til netop dette formål. De inddeles i to grupper, der arbejder sammen:
- Gennemtrængende midler krydser cellemembranen og forhindrer is i at dannesinden i cellen.
- Ikke-gennemtrængende midler forbliver uden for cellen og forhindrer is i at dannes i rummenemellem cellerne, hvor det typisk dukker op først. Gennemtrængende midler krydser cellemembranen og erstatter en stor del af vandet indeni, hvilket forhindrer is i at dannes inde i cellen selv.
De bruges sammen af en grund, der viser sig at være central. Fordi de ikke-gennemtrængende midler håndterer det nemmere, mere is-udsatte rum uden for cellerne, behøver de gennemtrængende midler ikke at blive presset op til så høje koncentrationer inden i dem. Og koncentration, som vi snart skal se, er hele problemet.
Den toksiske afvejning, som er den egentlige historie
Her er den spænding, der definerer hele feltet inden for kryobeskyttelse. For at kunne glasificere pålideligt, skal du erstatte en stor del af kroppens vand med kryobeskyttelsesmiddel. Men jo højere koncentrationen er, desto mere toksisk bliver stoffet for vævet. Brug for lidt, og du får is. Brug for meget, og du får kemisk skade. Kunsten er at finde den gyldne middelvej mellem dem.
To fakta gør det muligt at finde den gyldne middelvej. For det første afhænger toksicitet skarpt af temperaturen: et stof, der ville skade væv, når det er varmt, er langt mildere, når det er koldt. Så kryobeskyttelsesmidlerne indføres gradvist, med stigende koncentration, samtidig med at kroppen køles ned, hvilket holder toksiciteten lav på hvert trin. For det andet kan de rigtigekombinationer af stoffer sænke den samlede toksicitet i blandingen under det, som ethvert enkelt stof i fuld styrke ville forårsage. At få den rette blanding er et aktivt forskningsproblem, og at forbedre den er en af de konkrete redskaber til at påvirkefremtidig genoplivningskvalitet.
Løsningerne bliver hele tiden bedre
Det kryobeskyttelsesmiddel, der bruges i dag, er ikke et enkelt kemikalie, men en omhyggeligt afstemt cocktail, og det er resultatet af årtier med iteration. Kryobiologen Greg Fahy udviklede sine glasificeringsløsninger i generationer. Hver løsning rettede en fejl i den foregående. Tidlige blandinger med ét stof blev afløst af blandinger af DMSO med amider og propylenglycol. Ethylenglycol erstattede derefter de mere toksiske komponenter. Molekyler, der blokerer isdannelse, kom derefter, hvilket undertrykte krystallisation ved lavere koncentrationer. Det sidste trin justerede balancen mellem de ikke-penetrerende komponenter for at modvirke køleskade. De nuværende midler til menneskelig brug er slutproduktet af den udvikling. Tomorrow.bio og Cryonics Institute bruger en optimeret version af en opløsning kaldet VM1. Den består af omtrent lige store dele dimethylsulfoxid og ethylenglycol. Andre udbydere bruger proprietære formuleringer af deres egen. De to repræsenterer forskellige afvejninger mellem omkostninger og dokumentation. VM1 er langt billigere pr. tilfælde. Forskere har endda en prædiktiv måling af toksicitet, skrevet qv*, som hjælper med at designe blandinger, der glasificerer pålideligt med mindst mulig skade. Pointen er, at "kryobeskyttelsesmidlet" ikke er en fast størrelse, men en bevægelig front, og hver forbedring hæver direkte bevarelsens trofasthed, temaet forfeltets fremskridt.
Det åbne problem, som ingen skjuler
Der er én ærlig krølle mere. Ved kryogene temperaturer er kryobeskyttelsesmidler slet ikke toksiske, fordi intet reagerer; alt er sat i bero. Toksiciteten er et problem vedopvarmning. På vej op skal stofferne fjernes hurtigt og rent for at undgå at skade vævet. At gøre det godt er et problem for den fremtidige medicin, der ville håndtere genoplivning. Det er ikke noget, der kan løses i dag. Vi siger det lige ud, fordigenoplivning i øjeblikket ikke er mulig, og at foregive andet ville være uærligt. Det er et spørgsmål om at satse på, at en civilisation, der kan reparere den oprindelige dødsårsag, også kan håndtere kontrolleret opvarmning, og at den bevarede struktur giver den noget værd at arbejde med.
Den balanceakt, mere frostvæske versus mindre toksicitet, er præcis, hvor en stor del af den igangværende forskning på Tomorrow.bio og andre steder er fokuseret. Enhver forbedring af blandingen er en direkte forbedring af, hvor trofast en persons struktur overlever turen til-196°C.
TL;DR: Kryoprotektanter reducerer isdannelse og gør vitrifikation mulig. De kan dog også forårsage toksicitet og osmotisk stress, så koncentration, temperatur og administration skal kontrolleres nøje.
Udforsk dette praktiske værktøj
Brug det interaktive værktøj til at udforske spørgsmålet i denne artikel.
Indlæser det interaktive værktøj...
Yderligere læsning