Lékařské zmrazovací médium (známé též jako kryoprotektant)

Pokud je cílemvitrifikace, tedy uvést tělo do stabilního sklovitého stavu namísto destruktivního ledu, pak jsou kryoprotektanty tím trikem, který to činí fyzicky možným. Jsou, téměř doslova, lékařským nemrznoucím prostředkem. A podobně jako mnoho z nejdůležitějších nástrojů v tomto oboru, s sebou nesou ostrý kompromis. Celý postup je navržen kolem něj. To, co chrání tkáň před ledem, je ve špatné dávce rovněž toxické pro ni samotnou. Pochopení kryoprotektantů znamená pochopení toho, jak je tato napětí zvládnuta.

Proč je třeba led zastavit za každou cenu

Začněme nepřítelem. Když voda uvnitř těla zmrzne, způsobuje najednou dva druhy poškození. První je mechanické: jak ledové krystaly rostou, drtí okolní buňky do zužujících se kanálků nezamrzlé tekutiny, deformují jemné struktury uvnitř. Druhý je chemický: jak se čistá voda zmrazuje, vše, co bylo v ní rozpuštěno, se nahromadí do zmenšující se tekutiny, která zůstává, čímž se zvyšuje koncentrace solí a rozpuštěných látek, až se tato kapsa tekutiny stane jedovatou. Ani jedno z toho by samo o sobě nebylo dobré. Společně však činí obyčejné zmrznutí spolehlivým způsobem, jak zničit přesné struktury, kterézakódovaly, kdo jste.

Kryoprotektanty existují proto, aby se led vůbec nezačal tvořit. Místo zmrznutí přejde tkáň do sklovitého, vitrifikovaného stavu, a struktura je udržována tak dobře, jak to umožňuje perfuze.

Co kryoprotektanty skutečně jsou

Kryoprotektivní látka se chová podobně jako nemrznoucí prostředek, který používáte do chladiče automobilu: rozpouští se ve vodě a snižuje teplotu, při které by se tato voda jinak zkristalizovala. Lékařské verze používané v kryonice, jako například glycerol, ethylenglykol, propylenglykol a dimethylsulfoxid (DMSO), jsou vybírány a míchány právě pro tuto úlohu. Rozdělují se do dvou rodin, které pracují společně:

• Pronikající látky pronikají buněčnou membránou a zabraňují tvorbě leduuvnitř buňky.
• Nepřekonávající látky zůstávají mimo buňku a zabraňují tvorbě ledu v prostorechmezi buňkami, kde se obvykle objevuje jako první. Pronikající látky pronikají buněčnou membránou a nahrazují značnou část vody uvnitř, čímž zabraňují tvorbě ledu přímo uvnitř buňky samotné.

Používají se společně z důvodu, který se ukáže být zásadním. Protože nepřekonávající látky zvládají snadnější, více led náchylné prostory mimo buňky, nemusí být pronikající látky tlačeny do tak vysokých koncentrací uvnitř nich. A koncentrace, jak se právě chystáme vidět, je celý problém.

Výměna toxicity, což je skutečný příběh

Zde je napětí, které definuje celé pole kryoprotekce. Abyste mohli spolehlivě zeskelnat, musíte nahradit velkou část vody v těle kryoprotektivem. Čím vyšší je koncentrace, tím toxičtější se činidlo pro tkáň stává. Použijete-li příliš málo, vznikne led. Použijete-li příliš mnoho, dojde k chemickému poškození. Umění spočívá v tom, jak nalézt rovnováhu mezi nimi.

Dvě skutečnosti činí tuto rovnováhu dosažitelnou. Za prvé, toxicita prudce závisí na teplotě: činidlo, které by poškodilo tkáň v teple, je při chladu mnohem šetrnější. Proto se kryoprotektiva zavádějí postupně, při zvyšující se koncentraci, zatímco je tělo současně ochlazováno, čímž se toxicita udržuje na nízké úrovni v každém kroku. Za druhé, správnékombinace činidel mohou snížit celkovou toxicitu směsi pod úroveň, kterou by způsobil jakýkoli jednotlivý prostředek v plné síle. Správné sestavení této směsi je aktivním výzkumným problémem, a jeho zdokonalování představuje jednu z konkrétních páček pro zlepšeníkvality budoucího oživení.

Samotná řešení se neustále zlepšují

Kryoprotektivum používané dnes není jednou chemickou látkou, nýbrž pečlivě vyladěným koktejlem, který je výsledkem desetiletí iterací. Kryobiolog Greg Fahy sestavoval své vitrifikační roztoky po generacích. Každý z nich odstranil nedostatek předchozího. Rané směsi s jediným činidlem ustoupily směsím DMSO s amidy a propylenglykolem. Následně byl ethylenglykol nahrazen za toxičtější složky. Molekuly blokující led přišly poté, čímž potlačily krystalizaci při nižších koncentracích. Konečným krokem bylo vyvážení nepronikajících složek tak, aby se minimalizovalo poškození chladem. Současná lidmi používaná činidla stojí na konci tohoto řetězce. Tomorrow.bio a Cryonics Institute používají optimalizovanou verzi roztoku zvaného VM1. Je sestaven zhruba z rovných dílů dimethylsulfoxidu a ethylenglykolu. Další poskytovatelé používají proprietární formulace vlastního vývoje. Tyto dva přístupy představují odlišné kompromisy mezi náklady a dokumentací. VM1 je mnohem levnější na případ. Výzkumníci dokonce mají prediktivní měřítko toxicity, označené qv*, které pomáhá navrhovat směsi, jež zeskelňují spolehlivě při co nejmenším poškození. Bodem je, že „kryoprotektivum“ není pevnou věcí, nýbrž pohyblivou hranicí, a každé zlepšení přímo zvyšuje věrnost zachování, což je témarozvoje oboru.

Otevřený problém, který nikdo neskrývá

Existuje ještě jedna upřímná komplikace. Při kryogenních teplotách nejsou kryoprotektiva vůbec toxická, protože nic nereaguje; vše je zastaveno. Toxicita představuje problém přiznovuoživení. Na cestě zpět nahoru by musela být činidla rychle a čistě odstraněna, aby se zabránilo poškození tkáně. Toho dosáhnout dobře je problém pro budoucí medicínu, která by se revivalu ujala. Není to nic, co by bylo řešitelné dnes. Říkáme to otevřeně, protožerevival není v současnosti možný a předstírání opaku by bylo nečestné. Sázka zní, že civilizace schopná opravit původní příčinu smrti bude rovněž schopna řízeného znovuoživení, a že zachovaná struktura jí poskytne něco, s čím bude stát za to pracovat.

Tento kompromis, více nemrznoucí směsi versus méně toxicity, je přesně tím místem, kde se soustředí mnoho současného výzkumu v Tomorrow.bio a jinde. Každé zlepšení směsi představuje přímé zlepšení toho, jak věrně přežije struktura člověka cestu k-196°C.

Další čtení

• Mražení vs. vitrifikace
• Co je ischémie a jak ovlivňuje kryoprezervaci?
• Technické výzvy pro vysoce kvalitní uchování
• Kritický glosář