Технологии криозаморозки. Как это работает. Cryofreezing technologies. How it works.

Сегодня в разделе о теориях старения решила написать про криозаморозку. Эту тему разрабатывают уже относительно давно. И не только учёные. Писатели-фантасты и режиссёры не отстают.

Криокосмонавты, проспавшие десятки лет на пути к отдаленной звездной системе, — частая тема в книгах научных фантастов и в фильмах. Заморозка людей — излюбленная тема фантастов.

Иногда заморозка происходит случайно, в результате сильного обморожения человека. Этот образ встречается как в серьезных фильмах, таких как «Бегство мистера Мак-Кинли», «Аватар» Джеймса Кэмерона, новые фильмы франшизы «Чужой» Риддли Скотта, так и в сатирических произведениях: фильме «Идиократия», сериалах «Южный парк» и «Футурама». Возможно, я что-то не вспомнила, но у меня нет такой цели — вспомнить все фильмы на эту тему.

Крионика — это учение, согласно которому тела погибших людей возможно заморозить и вернуть к жизни в далеком будущем, когда технологии позволят исправить любые дефекты организма. Научное сообщество до сих пор считает крионику лженаучным учением, а предоставление услуг по замораживанию погибших людей — шарлатанством. Практикующие крионику организации требуют очень больших денег за свои услуги. К примеру, в России замораживание тела целиком обойдется приблизительно в 36 000 долларов, головного мозга — в 15 000 долларов. Сохранить ДНК (для последующего гипотетического клонирования) — 900 долларов.

Возникает закономерный вопрос:

Это вообще возможно?

Криоконсервация — это действительно существующий в криобиологии способ хранения биологических объектов при температуре жидкого азота -196 ˚C. Криоконсервация считается успешной, если объект полностью сохранил свою жизнеспособность после размораживания.

Эксперименты с понижением температуры хранения биологических образцов начались ещё в XX веке и никогда никто не ставил целью замораживание человека или других животных целиком. Одним из первопроходцев в этой области стал русский ученый Илья Иванов, специалист в области искусственного осеменения. В ходе своей работы в 1910–1920-х годах он неоднократно прибегал к охлаждению семени лошадей до температур порядка -15 ˚C.

Полноценная криоконсервация стала возможна после открытия криопротекторов — веществ, защищающих клетки от повреждающего эффекта замораживания. Они снижают температуру кристаллизации и защищают мембраны клеток. Первым известным криопротектором стал глицерин, защищающие свойства которого обнаружили британские ученые Кристофер Полдж, Одри Смит и Алан Паркс в 1949 году. Им удалось охладить сперматозоиды нескольких видов животных до температуры жидкого азота, а после этого разморозить и успешно осуществить искусственное осеменение. Благодаря этому открытию с середины XX века замораживание семени сельскохозяйственных животных широко распространилось во многих странах.

Что говорит наука

Существует два подхода к криоконсервации.

  1. Программное замораживание, основанное на открытиях и разработках Питера Мейзура и его учеников. Они установили, что при правильно подобранной скорости охлаждения насыщенного криопротектором биологического объекта внутриклеточные кристаллы льда, неизбежно образующиеся при охлаждении, будут достаточно маленькими, чтобы не рвать мембраны клеток
  2. Витрификация. Впервые его начал разрабатывать коллектив ученых во главе с Бэзилом Льюэтом в 1930-х годах. Согласно их математическим расчетам, при очень высоких концентрациях криопротекторов и резком снижении температуры объект сразу витрифицируется — переходит в стекловидное состояние, минуя фазу кристаллизации. 
  • Перед началом заморозки необходимо насытить биологический образец криопротектором.
  • После этого начинается процесс охлаждения. Сначала охлаждение идет со скоростью 1–2 градуса в минуту, затем охлаждение продолжают, но более медленно: температуру снижают на десятые доли градуса в минуту.
  • Доведя образец до нужной точки (как правило, приблизительно до -30–45 ˚C), его погружают в криохранилище, наполненное жидким азотом, где он и находится до востребования. 

Витрификация не требует наличия фризера — достаточно криопротектора, то есть емкости для хранения биологических образцов и источника жидкого азота. Образцы сразу погружаются в азот, из-за чего жидкости в них не превращаются в лед, а мгновенно «стекленеют». Однако при кажущейся простоте этот вид криоконсервации требует высокого мастерства при выполнении: нужно вручную быстро погрузить объект в жидкий азот, не навредив замораживаемому объекту.

Как размораживать

Технически процедура выведения из состояния криоконсервации сходна для программно замороженных и для витрифицированных объектов. Различается лишь скорость:

  • витрифицированный объект нужно разморозить резко, а прошедший программную заморозку — более плавно. Казалось бы, что может быть проще?

Для этого контейнер с образцом нужно просто нагреть: поместить в теплую воду, подержать на воздухе при комнатной температуре или даже просто обдуть теплым воздухом — в зависимости от того, как происходило охлаждение и на каком носителе или в каком контейнере была проведена криоконсервация. Работы основателя современной криобиологии Питера Мэйзура показали, что скорость нагревания образца не менее важная составляющая успеха криоконсервации, чем скорость охлаждения. При витрификации нагревание должно происходить очень быстро. Если этого не сделать, образуются кристаллы льда, и клетки могут погибнуть. 

В 2017 году группе исследователей из лаборатории Джона Бишофа удалось успешно криоконсервировать зародыши рыб данио-рерио, что не удавалось сделать раньше из-за особенностей строения их оболочек. Их охладили до температуры жидкого азота со скоростью 90 тысяч градусов в минуту, а для разогрева использовали луч лазера, который ударил по зародышу в самый момент его извлечения из жидкого азота. Наночастицы золота в криопротекторе помогли сделать разогрев «объемным» и практически мгновенным — 14 миллионов градусов в минуту.

После размораживания необходимо избавиться от криопротекторов. Практически все из них являются более или менее токсичными веществами, которые при положительных температурах могут привести к гибели биологического образца. К примеру, сам по себе глицерин в дозах, использующихся в косметических средствах и в качестве пищевого эмульгатора, практически не вредит человеку. Однако в высоких концентрациях глицерин может нанести серьезный ущерб здоровью человека. Биологический же объект, подвергавшийся заморозке, буквально пропитан этим веществом или другими проникающими внутрь клеток криопротекторами (этиленгликоль, пропиленгликоль или диметилсульфоксид). Кроме того, размораживаемый объект, как правило, очень сильно обезвожен после воздействия криопротектора, поэтому его необходимо «отмыть», одновременно позволив насытиться влагой.

Что не хватает, чтобы это стало реальностью?

Заморозить человека пока не получается. И получится ли — на сегодня большой вопрос. Ведь криоконсервация сегодня неприменима не только к людям, но и к подавляющему числу многоклеточных организмов. Пока успешно заморозить удалось только круглого червя Caenorhabditis elegans (и некоторых других мелких паразитических червей), а также свободно плавающие личинки нескольких видов кораллов, маленьких по размеру и не отличающихся сложным строением организма. 

Основное препятствие для заморозки больших и сложных существ — многообразие типов клеток и тканей в организме. Межклеточные контакты очень чувствительны к любого рода воздействиям, поэтому необходимо потратить очень много времени и сил на то, чтобы научиться не повреждать взаимодействие клеток в органах и тканях при криоконсервации. К каждому типу клеток нужен свой подход, и иногда оптимальные режимы криоконсервации для них различаются. Если не учесть все это, успешное замораживание отдельных органов и организмов окажется невозможным.

Сложно сказать, когда это станет осуществимо, однако ключом к решению проблемы может стать разгадка феномена анабиоза. Многие живые существа — личинки насекомых, моллюски, амфибии и рептилии — переживают холодный период в замороженном состоянии и «оживают» при наступлении более благополучных условий. Конечно, никто из них самостоятельно не достигал температуры тела в -196 ˚C, но их способности все равно впечатляют. Лесная лягушка, когда впадает в зимнюю спячку, способна превращать 35% жидкости в своем теле в лед, переставая при этом дышать, питаться и даже «выключая» сердцебиение. 

Вместе с этим известно, что понижение температуры тела человека также значительно замедляет его метаболизм и дает шанс выжить в тяжелейших ситуациях. Самая впечатляющая история произошла с 35-летним японцем Мицутакой Утикоси в 2006 году. Заблудившись во время похода в горах с друзьями, он получил перелом таза и потерял сознание. На месте происшествия он пролежал 24 дня(!!!!!). Но температура среды вокруг была достаточно низкой, из-за чего собственная температура тела Утикоси опустилась до 22 градусов. После того, как его нашли и оказали необходимую помощь, он смог полностью восстановиться. Лечившие его врачи связывают это с тем, что по каким-то причинам Утикоси впал в состояние, близкое к спячке, что позволило ему так долго протянуть без еды и воды.

Учитывая эти факты, есть основания надеяться, что раскрытие секретов анабиоза позволит нам приблизиться, пусть и очень нескоро, к описанной в научной фантастике криоконсервации людей.

К размышлению

Однако даже полное восстановление жизнедеятельности организма не гарантирует возвращения человека к жизни после оттаивания. На данный момент нет достаточных сведений о том, как работа мозга формирует личность человека. Сторонники крионики настаивают на том, что с прекращением электронной активности мозга не наступает его формальная смерть

Поэтому если после криоконсервации восстановить активность, то человек вернется к жизни как ни в чем не бывало. Но! Помимо технологического прорыва, для реализации замысла крионики нужна работа нейробиологов: им предстоит выработать критерии, чтобы можно было гарантировать полноценное возвращение к жизни человека. В противном случае мы рискуем получить либо живое тело без наличия тех или иных когнитивных процессов, либо какую-то новую личность с отрывочными воспоминаниями о прошлой жизни.

Ссылка на используемый материал: https://postnauka.ru/longreads/156391

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход /  Изменить )

Google photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google. Выход /  Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход /  Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход /  Изменить )

Connecting to %s