Hvisvitrifisering er målet, altså å bringe en kropp inn i en stabil glassaktig tilstand i stedet for ødeleggende is, så er kryoprotektanter trikset som gjør det fysisk mulig. De er, nesten bokstavelig talt, medisinsk frostvæske. Og som mye av det viktigste verktøyet i dette feltet, kommer de med en skarp avveining. Hele prosedyren er designet rundt det. Det som beskytter vevet mot is, er også giftig for det ved feil dose. Å forstå kryoprotektanter betyr å forstå hvordan denne spenningen håndteres.
Hvorfor isen må stoppes, på alle mulige måter
Start med fienden. Når vann fryser inne i en kropp, forårsaker det to typer skade samtidig. Den første er mekanisk: når iskrystaller vokser, knuser de cellene rundt seg inn i smale kanaler av ufrosset væske, og deformerer de fine strukturene inni. Den andre er kjemisk: når rent vann fryser ut, blir alt som var oppløst i det presset sammen i den gjenværende væsken, og konsentrerer salter og løste stoffer til den lille væskepølsen blir giftig. Enten den ene alene ville vært ille. Sammen gjør de vanlig frysing til en pålitelig måte å ødelegge de eksakte strukturene somkoder hvem du er.
Kryoprotektanter finnes for å sørge for at is aldri dannes i utgangspunktet. I stedet for å fryse, går vevet over i den glassaktige, vitrifierte tilstanden, og strukturen holdes så godt perfusjonen tillater.
Hva kryoprotektanter egentlig er
Et kryobeskyttende middel oppfører seg mye som frostvæsken du putter i en bilradiator: det løser seg opp i vann og senker temperaturen der vannet ellers ville krystallisert. De medisinske variantene som brukes i kryonikk, som glyserol, etylenglykol, propylenglykol og dimetylsulfoksid (DMSO), er valgt og blandet for akkurat det formålet. De kommer i to familier som jobber sammen:
- Gjennomtrengende midler krysser cellemembranen og hindrer is i å danne seginne i cellen.
- Ikke-gjennomtrengende midler holder seg utenfor cellen og hindrer is i å danne seg i rommenemellom cellene, der det pleier å dukke opp først. Gjennomtrengende midler krysser cellemembranen og erstatter mye av vannet inni, og hindrer dermed is i å dannes inne i cellen selv.
De brukes sammen av en grunn som viser seg å være sentral. Fordi de ikke-gjennomtrengende midlene tar seg av det lette, mer isutsatte rommet utenfor cellene, trenger de gjennomtrengende midlene ikke å presses opp til så høye konsentrasjoner inni dem. Og konsentrasjon, som vi skal se, er hele problemet.
Handel med giftighet, som er den virkelige historien
Her er spenningen som definerer hele feltet innen kryobeskyttelse. For å kunne vitrifisere pålitelig, må du erstatte mye av kroppens vann med kryobeskyttelsesmiddel. Men jo høyere konsentrasjonen er, desto mer giftig blir stoffet for vevet. Bruker du for lite, får du is. Bruker du for mye, får du kjemisk skade. Kunsten er å finne den rette balansen mellom dem.
To fakta gjør at nålen kan trekkes gjennom. For det første avhenger giftigheten sterkt av temperaturen: et stoff som ville skade vev når det er varmt, er mye mildere når det er kaldt. Derfor introduseres kryobeskyttelsesmidlene gradvis, med økende konsentrasjon, samtidig som kroppen kjøles ned, slik at giftigheten holdes lav på hvert trinn. For det andre kanriktige kombinasjoner av stoffer redusere den totale giftigheten i blandingen til under det et hvilket som helst enkeltstoff i full styrke ville forårsaket. Å finne den rette blandingen er et aktivt forskningsproblem, og å forbedre den er en av de konkrete metodene for å påvirkefremtidig gjenopplivingskvalitet.
Løsningene blir stadig bedre
Kryobeskyttelsesmidlet som brukes i dag er ikke et enkelt kjemisk stoff, men en nøye justert cocktail, og det er resultatet av tiår med iterasjon. Kryobiologen Greg Fahy bygde sine vitrifiseringsløsninger i generasjoner. Hver løsning rettet opp en svakhet i den forrige. Tidlige blandinger med ett stoff ble erstattet av blandinger av DMSO med amider og propylenglykol. Etylenglykol erstattet deretter de mer giftige komponentene. Molekyler som blokkerer isdannelse kom deretter, og undertrykte krystallisering ved lavere konsentrasjoner. Det siste steget justerte balansen mellom de ikke-penetrerende komponentene for å motvirke skade fra nedkjøling. De nåværende løsningene for menneskelig bruk er resultatet av denne utviklingen. Tomorrow.bio og Cryonics Institute bruker en optimalisert versjon av en løsning kalt VM1. Den består av omtrent like deler dimetylsulfoksid og etylenglykol. Andre tilbydere bruker proprietære formuleringer av sine egne. De to representerer ulike avveininger mellom kostnad og dokumentasjon. VM1 er mye billigere per tilfelle. Forskere har til og med et prediktivt mål for giftighet, skrevet qv*, som hjelper til med å designe blandinger som vitrifierer pålitelig samtidig som de gjør minst mulig skade. Poenget er at "kryobeskyttelsesmidlet" ikke er en fast ting, men en bevegelig grense, og hver forbedring hever direkte troverdigheten til en bevaring, temaet forfremskritt innen feltet.
Det åpne problemet ingen skjuler
Det er én ærlig utfordring til. Ved kryogene temperaturer er kryobeskyttelsesmidler slett ikke giftige, fordi ingenting reagerer; alt er stanset. Giftigheten er et problem medoppvarming. På vei opp igjen må stoffene fjernes raskt og rent for å unngå skade på vevet. Å gjøre det godt er et problem for den fremtidige medisinen som ville håndtere gjenoppliving. Det er ikke noe som kan løses i dag. Vi sier det rett ut, fordigjenoppliving er foreløpig ikke mulig og å late som om det er det ville vært uærlig. Satsen er at en sivilisasjon som er i stand til å reparere den opprinnelige dødsårsaken også kan håndtere en kontrollert oppvarming, og at den bevarte strukturen gir den noe verdt å jobbe med.
Den balansegangen, mer frostvæske versus mindre giftighet, er akkurat der mye av den pågående forskningen hos Tomorrow.bio og andre foregår. Hver forbedring i blandingen er en direkte forbedring av hvor troverdig en persons struktur overlever turen til-196°C.
TL;DR: Kryoprotektanter reduserer isdannelse og gjør vitrifisering mulig. De kan imidlertid også forårsake toksisitet og osmotisk stress, så konsentrasjon, temperatur og tilførsel må kontrolleres nøye.
Utforsk dette praktiske verktøyet
Bruk det interaktive verktøyet for å undersøke spørsmålet i denne artikkelen.
Laster det interaktive verktøyet...
Videre lesning