Hvis vitrifisering er målet, altså å bringe kroppen over i en stabil, glassaktig tilstand uten skadelig isdannelse, er kryoprotektanter stoffene som gjør dette fysisk mulig. I praksis fungerer de som medisinske frostvæsker. Men som så mange andre sentrale metoder på feltet innebærer de en krevende avveining. Hele prosedyren er utformet for å håndtere denne avveiningen. Det som beskytter vevet mot is, er også giftig for det i feil dose. For å forstå kryoprotektanter må man forstå hvordan denne avveiningen håndteres.
Hvorfor isdannelse må unngås
Problemet er isdannelse. Når vann fryser inne i en kropp, oppstår to typer skade samtidig. Den første er mekanisk: Når iskrystallene vokser, presser de celler og vev sammen og deformerer de fine strukturene inne i cellene. Den andre er kjemisk: Når vann fryser, blir salter og andre oppløste stoffer konsentrert i væsken som er igjen, og konsentrasjonene kan bli skadelige for cellene. Hver av prosessene ville alene ha vært skadelig. Sammen kan disse prosessene skade de biologiske strukturene som må bevares dersom en framtidig gjenopplivning skal være mulig, de strukturene som bærer identiteten din.
Kryoprotektanter brukes for å redusere eller hindre isdannelse. I stedet for å fryse kan vevet gå over i en glassaktig, vitrifisert tilstand. Hvor godt strukturen bevares, avhenger blant annet av perfusjonen.
Hva kryoprotektanter egentlig er
Et kryoprotektivt middel virker på noen måter som frostvæske: Det løser seg i vann og reduserer tendensen til at vannet danner iskrystaller. De medisinske variantene som brukes i kryonikk, som glyserol, etylenglykol, propylenglykol og dimetylsulfoksid (DMSO), er valgt og blandet nøyaktig for denne oppgaven. De deles gjerne inn i to grupper som har ulike funksjoner:
- Penetrerende midler passerer cellemembranen og bidrar til å hindre isdannelse inne i cellen.
- Ikke-penetrerende midler blir værende utenfor cellene og bidrar til å hindre isdannelse i rommene mellom cellene, der isen ofte dannes først. Ikke-penetrerende midler blir værende utenfor cellene og bidrar til å hindre isdannelse mellom dem, mens penetrerende midler går inn i cellene og erstatter noe av vannet der.
De brukes sammen fordi samspillet mellom dem er avgjørende. Når ikke-penetrerende midler beskytter væsken mellom cellene, kan konsentrasjonen av penetrerende midler inne i cellene holdes lavere. Samtidig er konsentrasjonen av de penetrerende midlene avgjørende for hvor stor giftbelastningen blir.
Avveiningen mellom isbeskyttelse og giftighet
Dette er den sentrale utfordringen ved bruk av kryoprotektanter. For å vitrifisere pålitelig må en stor del av kroppens vann erstattes med kryoprotektant. Men jo høyere konsentrasjonen er, desto mer giftig blir middelet for vevet. Brukes det for lite, får man is. Brukes det for mye, får man kjemisk skade. Utfordringen er å finne en balanse mellom disse hensynene.
To fakta gjør denne balansen mulig. For det første avhenger giftigheten sterkt av temperaturen. Et middel som kan skade vevet ved varmere temperaturer, er langt mindre skadelig når vevet er nedkjølt. Derfor tilføres kryoprotektantene gradvis, i stigende konsentrasjon, mens kroppen samtidig kjøles ned, slik at giftigheten holdes lav i hvert trinn. For det andre kan riktige kombinasjoner av midler gi lavere total giftighet enn det ett enkelt middel i høy konsentrasjon ville ha gitt. Å finne den riktige blandingen er et aktivt forskningsfelt, og forbedringer kan få betydning for hvor godt vevet eventuelt kan repareres i framtiden, framtidig gjenopplivningskvalitet.
Løsningene blir stadig bedre
Kryoprotektantene som brukes i dag, er ikke ett enkelt kjemikalie, men nøye avstemte blandinger som er utviklet gjennom tiår med finjustering. Kryobiologen Greg Fahy utviklet flere generasjoner av vitrifiseringsløsninger. Hver av dem rettet opp en svakhet fra den forrige. Tidlige blandinger med ett enkelt middel ble etter hvert erstattet av blandinger av DMSO, amider og propylenglykol. Deretter erstattet etylenglykol de mer giftige komponentene. Senere tok man i bruk molekyler som hemmer isdannelse, slik at krystalliseringen kunne begrenses ved lavere konsentrasjoner. I den siste utviklingsfasen ble balansen mellom de ikke-penetrerende komponentene justert for å motvirke kuldeskade. Midlene som i dag brukes på mennesker, bygger på denne utviklingen. Tomorrow.bio og Cryonics Institute bruker en optimalisert versjon av løsningen VM1. Den er satt sammen av om lag like deler dimetylsulfoksid og etylenglykol. Andre tilbydere bruker sine egne proprietære blandinger. De ulike løsningene avveier kostnad mot hvor godt dokumentert de er. VM1 er langt rimeligere å bruke i hvert enkelt tilfelle. Forskere bruker også et prediktivt mål for giftighet, qv*, for å utforme blandinger som kan vitrifisere pålitelig og samtidig gi minst mulig skade. Poenget er at kryoprotektanter ikke er en fast og uforanderlig løsning. Hver forbedring kan bidra til en mer presis og skånsom kryopreservering og dermed videreutvikle feltet å videreutvikle feltet.
Den uløste utfordringen
Det gjenstår også en vesentlig utfordring. Ved kryogene temperaturer går kjemiske reaksjoner så langsomt at giftighet i praksis ikke er det sentrale problemet. Giftighet er særlig et problem under oppvarmingen. Under oppvarmingen må midlene fjernes raskt og skånsomt for å unngå vevsskade. Å få dette til på en forsvarlig måte forutsetter medisinske metoder som ikke finnes i dag, dersom gjenopplivning en gang blir mulig. Det er ikke noe som kan løses i dag. Gjenopplivning er ikke mulig i dag, og det ville være uredelig å gi inntrykk av noe annet, gjenopplivning er ikke mulig i dag. Dette forutsetter både at framtidens medisin kan reparere den opprinnelige dødsårsaken og håndtere kontrollert oppvarming, og at den bevarte strukturen gir et grunnlag for videre reparasjon.
Mye av den pågående forskningen hos Tomorrow.bio og andre aktører handler nettopp om å oppnå god isbeskyttelse med minst mulig giftighet. Hver forbedring i blandingen kan bidra til at en persons biologiske struktur bevares bedre helt ned til -196 °C.
Kort sagt: Kryoprotektanter hindrer isdannelse og gjør vitrifisering mulig. De kan imidlertid også være giftige og gi osmotisk stress, og derfor må konsentrasjon, temperatur og tilførsel kontrolleres nøye.
Utforsk dette praktiske verktøyet
Bruk det interaktive verktøyet for å undersøke spørsmålet i denne artikkelen.
Laster det interaktive verktøyet...
Videre lesning