Je-li cílem vitrifikace, tedy převedení těla do stabilního sklovitého stavu namísto destruktivního zmrznutí, kryoprotektiva tento proces fyzicky umožňují. Jde téměř doslova o medicínský nemrznoucí roztok. Podobně jako u jiných zásadních nástrojů tohoto oboru je i jejich použití spojeno s výrazným kompromisem, podle něhož je celý postup nastaven. Látka, která tkáň chrání před ledem, je při nesprávné dávce pro tutéž tkáň jedovatá. Pro pochopení kryoprotektiv je podstatné, jak se tento rozpor řeší.
Proč je třeba ledu za každou cenu zabránit
Nejprve je třeba vysvětlit, proč je vznik ledu problém. Když voda v těle zmrzne, způsobí dva druhy poškození najednou. První je mechanické: rostoucí ledové krystaly vytlačují okolní buňky do stále menšího objemu nezmrzlé kapaliny a deformují jejich jemné vnitřní struktury. Druhé je chemické: při vymrzání čisté vody se rozpuštěné soli a další látky koncentrují ve zbývající kapalině natolik, že mohou tkáň poškodit. Každý z těchto mechanismů by sám o sobě způsobil vážné poškození. Dohromady může běžné zmrznutí poškodit právě ty jemné struktury, na nichž závisí zachování osobní identity.
Kryoprotektiva existují proto, aby led vůbec nevznikl. Tkáň namísto zmrznutí přejde do sklovitého, vitrifikovaného stavu a její struktura se zachová v rozsahu, který umožní kvalita perfuze.
Co kryoprotektiva vlastně jsou
Kryoprotektivní látka se chová podobně jako nemrznoucí směs do chladiče auta: rozpouští se ve vodě a snižuje teplotu, při které by tato voda jinak zkrystalizovala. Pro kryoniku se vybírají a kombinují medicínské kryoprotektivní látky, například glycerol, ethylenglykol, propylenglykol a dimethylsulfoxid (DMSO). Dělí se do dvou skupin, které se vzájemně doplňují:
- Pronikající látky procházejí buněčnou membránou a zabraňují vzniku ledu uvnitř buňky.
- Nepronikající látky zůstávají mimo buňku a zabraňují vzniku ledu v prostoru mezi buňkami, kde led vzniká nejdříve. Pronikající látky procházejí buněčnou membránou a nahrazují velkou část vody uvnitř buňky, čímž zabraňují vzniku ledu v jejím nitru.
Používají se společně z klíčového důvodu. Protože nepronikající látky chrání prostor mimo buňky, který zamrzá snáze, nemusí být pronikající látky uvnitř buněk použity v tak vysoké koncentraci. A koncentrace, jak hned uvidíme, je jádrem celého problému.
Kompromis mezi toxicitou a ochranou, tedy jádro celé věci
Tady je to napětí, které definuje celý obor kryoprotekce. Ke spolehlivé vitrifikaci je třeba nahradit velkou část vody v těle kryoprotektivem. Čím vyšší je ale koncentrace, tím toxičtější je látka pro tkáň. Při příliš nízké dávce vznikne led, při příliš vysoké vznikne chemické poškození. Úkolem je najít přesnou rovnováhu mezi těmito dvěma riziky.
Tuto rovnováhu umožňují dvě skutečnosti. Zaprvé, toxicita silně závisí na teplotě: látka, která by tkáni ublížila v teple, je za chladu mnohem mírnější. Kryoprotektiva se proto zavádějí postupně, ve stoupající koncentraci, zatímco se tělo současně chladí, takže toxicita zůstává v každém kroku nízká. Zadruhé, vhodná kombinace látek může snížit celkovou toxicitu směsi pod úroveň toxicity, kterou by měla jednotlivá látka použitá samostatně ve stejné účinné koncentraci. Hledání vhodného složení je stále otevřenou výzkumnou otázkou a zlepšování směsí může ovlivnit možnou budoucí kvalitu revitalizace.
Samotné roztoky se dál zlepšují
Kryoprotektivum používané dnes není jedna chemická látka, ale pečlivě vyladěný koktejl, výsledek desetiletí postupných zlepšení. Kryobiolog Greg Fahy vyvíjel vitrifikační roztoky v několika generacích, přičemž každá další řešila slabiny předchozí. Rané směsi s jedinou látkou vystřídaly kombinace DMSO s amidy a propylenglykolem. Ethylenglykol pak nahradil toxičtější složky. Následovaly molekuly blokující led, které potlačují krystalizaci i při nižších koncentracích. V poslední fázi vývoje se upravil poměr nepronikajících složek tak, aby směs lépe omezovala poškození způsobené chlazením. Současné směsi určené pro použití u lidí jsou výsledkem tohoto vývoje. Tomorrow.bio a Cryonics Institute používají optimalizovanou verzi roztoku nazývaného VM1, který je tvořen zhruba stejnými díly dimethylsulfoxidu a ethylenglykolu. Jiní poskytovatelé používají vlastní, patentované složení. Oba přístupy představují odlišný kompromis mezi cenou a mírou dostupné dokumentace. VM1 je přitom v přepočtu na jeden případ výrazně levnější. Výzkumníci navíc používají prediktivní ukazatel toxicity označovaný qv*, který pomáhá navrhovat směsi schopné spolehlivé vitrifikace při co nejmenším poškození. Podstatné je, že kryoprotektivum není neměnná látka, ale oblast, která se průběžně vyvíjí. Každé zlepšení může zvýšit kvalitu uchování struktury a posunout celý obor dál, což je téma, kterému se věnuje posun oboru vpřed.
Otevřený problém, který nikdo nezakrývá
Zbývá ještě jeden podstatný zádrhel. Při kryogenních teplotách se chemické reakce výrazně zpomalují, takže se toxicita kryoprotektiv prakticky neprojevuje. Toxicita se stává problémem až při opětovném zahřívání. Při zahřívání by bylo nutné tyto látky rychle a šetrně odstranit, aby nepoškodily tkáň. Bezpečné zvládnutí tohoto kroku by vyžadovalo budoucí technologie revitalizace, které dnes nejsou k dispozici. Je třeba to říci otevřeně: revitalizace v současnosti není možná a tvrdit opak by bylo nečestné. Předpokladem je, že civilizace schopná odstranit původní příčinu smrti dokáže zvládnout i řízené zahřívání a že jí zachovaná struktura poskytne základ pro další postup.
Velká část dosavadního výzkumu v Tomorrow.bio i jinde se soustředí právě na hledání rovnováhy mezi vyšší koncentrací kryoprotektiv a nižší toxicitou. Každé zlepšení směsi může přímo zvýšit míru, v níž se struktura člověka zachová při ochlazení na −196 °C.
Shrnutí: Kryoprotektiva omezují vznik ledu a umožňují vitrifikaci. Mohou ale způsobit toxicitu a osmotický stres, proto je nutné pečlivě řídit koncentraci, teplotu a způsob podání.
Prozkoumejte tento praktický nástroj
Použijte interaktivní nástroj k prozkoumání otázky v tomto článku.
Načítání interaktivního nástroje…
Doporučené čtení