Zmrzovalno sredstvo za medicinsko uporabo (tudi kriozaščitno sredstvo)

Če je ciljvitrifikacija, torej dovedba telesa v stabilno steklasto stanje namesto uničujočega ledu, potem so krioprotektanti trik, ki to fizično omogoča. So, skoraj dobesedno, zdravstveni protivarilni sredstvi. In tako kot veliko najpomembnejših orodij na tem področju, so povezani z ostrim kompromisom. Celoten postopek je zasnovan okrog njega. Tisto, kar ščiti tkivo pred ledom, je v napačni dozi tudi strupeno nanj. Razumevanje krioprotektantov pomeni razumevanje tega, kako se to napetost obvladuje.

Zakaj je treba led ustaviti, s katerimi koli sredstvi

Začnimo z sovražnikom. Ko voda v telesu zmrzne, hkrati povzroči dve vrsti škode. Prva je mehanska: ko kristali ledu rastejo, stiskajo okoliške celice v ožine kanale nezamrznjene tekočine, kar deformira fine strukture znotraj njih. Druga je kemična: ko se izloči čista voda, se vse, kar je bilo v njej raztopljeno, stisne v krčečo tekočino, ki je ostala, kar poveča koncentracijo soli in snovi, dokler ta vrelec tekočine ne postane strupen. Ena sama škoda bi bila slaba. Skupaj pa običajno zmrzovanje naredijo zanesljiv način uničevanja tistih struktur, kikodirajo, kdo ste vi.

Krioprotektanti obstajajo zato, da zagotovijo, da se led sploh ne tvori. Namesto da tkivo zmrzne, preide v steklasto, vitrificirano stanje, in struktura je ohranjena tako dobro, kot to dovoljuje perfuzija.

Kaj so v resnici krioprotektanti

Krioprotektivno sredstvo se obnaša podobno kot protivarilno sredstvo, ki ga vlivate v hladilnik avtomobila: raztopi se v vodi in zniža temperaturo, pri kateri bi se drugače kristalizirala. Zdravstvene različice, uporabljene v krioniki, kot so glicerol, etilenglikol, propilenglikol in dimetilsulfoksid (DMSO), so izbrani in zmešani prav za to nalogo. Delijo se v dve družini, ki delujeta kot tim:

• Penetrirajoča sredstva prehajajo celično membrano in preprečujejo nastanek leduznotraj celice.
• Nepenetrirajoča sredstva ostajajo zunaj celice in preprečujejo nastanek ledu v prostorihmed celicami, kjer se pogosto pojavijo prvi. Penetrirajoča sredstva prehajajo celično membrano in zamenjajo veliko vode znotraj, kar preprečuje nastanek ledu znotraj celice same.

Uporabljajo se skupaj iz razloga, ki se izkaže za osrednjega. Ker nepenerirajoča sredstva obvladujejo lažji, bolj led-prone prostor zunaj celic, penetrirajoča sredstva ne morajo biti potisnjena v tako visoke koncentracije znotraj njih. In koncentracija, kot bomo kmalu videli, je celoten problem.

Kompromis med toksičnostjo, ki je prava zgodba

Tukaj je napetost, ki opredeljuje celotno področje krioprotekcije. Za zanesljivo vitrifikacijo je treba zamenjati velik del telesne vode s krioprotektantom. Vendar pa višja koncentracija poveča toksičnost sredstva za tkivo. Uporabite premalo in dobite led. Uporabite preveč in dobite kemijsko škodo. Umetnost je v tem, da se znajdete med tema dvema skrajnostima.

Dve dejstvi omogočata, da se iglo da preiti skozi. Prvo, toksičnost močno odvisna od temperature: sredstvo, ki bi škodovalo tkivu, ko je toplo, je veliko milejše, ko je hladno. Zato se krioprotektanti vnašajo postopoma, z naraščajočo koncentracijo, medtem ko se hkrati ohlaja telo, kar ohranja toksičnost nizko v vsakem koraku. Drugo, pravilnekombinacije sredstev lahko znižajo skupno toksičnost mešanice pod raven, ki jo povzroči katerokoli posamezno sredstvo v polni moči. Določitev te mešanice je aktiven raziskovalni problem, in izboljšanje te mešanice je ena od konkretnih možnosti za izboljšanjekakovosti prihodnjega oživljanja.

Rešitve same se izboljšujejo

Krioprotektant, ki se uporablja danes, ni ena sama kemikalija, ampak pazljivo usklajen koktejl, ki je rezultat desetletij iteracij. Kriobiolog Greg Fahy je gradil svoje vitrifikacijske raztopine v generacijah. Vsaka naslednja generacija je odpravila pomanjkljivost prejšnje. Zgodnje mešanice z enim samim sredstvom so bile zamenjane z mešanicami DMSO z amidoma in propilen glikolom. Nato je etilen glikol zamenjal bolj toksične sestavine. Nato so prišle molekule, ki preprečujejo nastanek ledu, kar zmanjšuje kristalizacijo pri nižjih koncentracijah. Končni korak je bil uravnoteženje nepenetrirajočih sestavin, da se zmanjša poškodba zaradi ohlajanja. Trenutna sredstva za človeško uporabo stojijo na koncu te verige. Tomorrow.bio in Cryonics Institute uporabljata optimizirano različico raztopine, imenovane VM1. Ta je sestavljena iz približno enakih delov dimetil sulfoksida in etilen glikola. Drugi ponudniki uporabljajo lastne patentirane formule. Oba pristopa predstavljata različne kompromise med stroški in dokumentacijo. VM1 je daleč cenejša na primer. Raziskovalci imajo celo napovedovalno merilo toksičnosti, ki je navedeno v qv*, ki pomaga oblikovati mešanice, ki vitrificirajo zanesljivo, hkrati pa povzročijo najmanjšo možno škodo. Vse to kaže, da »krioprotektant« ni fiksna stvar, ampak se razvija, in vsako izboljšanje neposredno poveča zvestobo ohranitve, kar je temanapredovanja področja.

Odprt problem, ki ga nihče ne skriva

Ob kriogenih temperaturah krioprotektanti niso toksični, ker ni kemijskih reakcij; vse je ustavljeno. Toksičnost je problemponovnega segrevanja. Na poti navzgor je treba sredstva hitro in čisto odstraniti, da se prepreči škoda na tkivu. To je problem za prihodnjo medicino, ki bo poskrbela za oživljanje. Danes tega še ni mogoče rešiti. To izrecno poudarjamo, keroživljanje trenutno ni mogoče, in če bi to zanikali, bi bilo nepošteno. Stava je v tem, da bo civilizacija, ki bo sposobna popraviti prvotni vzrok smrti, sposobna tudi nadzorovanega segrevanja, in da ohranjena struktura daje nekaj vrednega, s čimer se bo lahko lotila dela.

Ta ravnotežni akt, več protivarilnega sredstva proti manjši toksičnosti, je pravzaprav področje, na katerem se trenutno osredotoča veliko raziskav pri Tomorrow.bio in drugod. Vsaka izboljšava mešanice je neposredna izboljšava tega, kako zvestobo ohranijo strukturo osebe med potovanjem do-196°C.

Dodatno branje

• Zamrzovanje proti vitrifikaciji
• Kaj je ishemija in kako vpliva na krioprezervacijo?
• Tehnične izzive za visoko kakovostno ohranitev
• Pomembni pojmi