Το ιατρικό αντιψυκτικό: τα κρυοπροστατευτικά

Αν στόχος είναι η υαλοποίηση, δηλαδή η μετάβαση του σώματος σε μια σταθερή υαλώδη κατάσταση αντί για τον καταστροφικό σχηματισμό πάγου, τα κρυοπροστατευτικά είναι το μέσο που την καθιστά δυνατή. Πρόκειται, σε γενικές γραμμές, για ένα είδος ιατρικού αντιψυκτικού. Όπως όμως συμβαίνει με πολλά κρίσιμα εργαλεία αυτού του πεδίου, συνοδεύονται από ένα σοβαρό δίλημμα. Ολόκληρη η διαδικασία είναι σχεδιασμένη γύρω από αυτό το δίλημμα. Το ίδιο στοιχείο που προστατεύει τον ιστό από τον πάγο είναι τοξικό γι' αυτόν σε λάθος δόση. Για να κατανοήσει κανείς τα κρυοπροστατευτικά, πρέπει να κατανοήσει πώς αντιμετωπίζεται αυτή η αντιστάθμιση.

Γιατί πρέπει να αποφεύγεται ο σχηματισμός πάγου

Ας ξεκινήσουμε από το βασικό πρόβλημα: τον σχηματισμό πάγου. Όταν το νερό παγώνει στους ιστούς, μπορεί να προκαλέσει δύο είδη βλάβης ταυτόχρονα. Η πρώτη είναι μηχανική: καθώς μεγαλώνουν οι κρύσταλλοι πάγου, πιέζουν τα κύτταρα και παραμορφώνουν τις λεπτές εσωτερικές δομές τους. Η δεύτερη είναι χημική: καθώς παγώνει το καθαρό νερό, οι διαλυμένες ουσίες συγκεντρώνονται στο υγρό που απομένει, με αποτέλεσμα να αυξάνονται υπερβολικά οι συγκεντρώσεις αλάτων και άλλων ουσιών. Κάθε μηχανισμός, από μόνος του, μπορεί να προκαλέσει σοβαρή βλάβη. Μαζί, μπορούν να καταστρέψουν τις κυτταρικές δομές που είναι κρίσιμες για τη διατήρηση της βιολογικής πληροφορίας του οργανισμού, τις δομές που κωδικοποιούν το ποιος είσαι.

Τα κρυοπροστατευτικά χρησιμοποιούνται για να περιορίσουν ή να αποτρέψουν εξαρχής τον σχηματισμό πάγου. Αντί να παγώσει, ο ιστός επιδιώκεται να περάσει σε υαλώδη κατάσταση, ενώ ο βαθμός διατήρησης εξαρτάται και από την ποιότητα της αιμάτωσης.

Τι είναι πραγματικά τα κρυοπροστατευτικά

Ένας κρυοπροστατευτικός παράγοντας λειτουργεί, ως προς τη βασική αρχή του, παρόμοια με το αντιψυκτικό στο κύκλωμα ψύξης ενός αυτοκινήτου: διαλύεται στο νερό και χαμηλώνει τη θερμοκρασία στην οποία αυτό το νερό θα κρυσταλλωνόταν διαφορετικά. Οι κρυοπροστατευτικές ουσίες που χρησιμοποιούνται στην κρυονική, όπως η γλυκερόλη, η αιθυλενογλυκόλη, η προπυλενογλυκόλη και το διμεθυλοσουλφοξείδιο (DMSO), επιλέγονται και συνδυάζονται για αυτόν ακριβώς τον σκοπό. Διακρίνονται σε δύο κατηγορίες, οι οποίες χρησιμοποιούνται συμπληρωματικά:

• Οι διεισδυτικοί παράγοντες διαπερνούν την κυτταρική μεμβράνη και εμποδίζουν τον σχηματισμό πάγου μέσα στο κύτταρο.
• Οι μη διεισδυτικοί παράγοντες παραμένουν εκτός των κυττάρων και περιορίζουν τον σχηματισμό πάγου στους μεσοκυττάριους χώρους, όπου συχνά αρχίζει η κρυστάλλωση, δηλαδή στους χώρους ανάμεσα στα κύτταρα. Οι διεισδυτικοί παράγοντες διαπερνούν την κυτταρική μεμβράνη και αντικαθιστούν μεγάλο μέρος του εσωτερικού νερού, εμποδίζοντας τον σχηματισμό πάγου μέσα στο ίδιο το κύτταρο.

Χρησιμοποιούνται μαζί για έναν κρίσιμο λόγο. Επειδή οι μη διεισδυτικοί παράγοντες προστατεύουν τον εξωκυττάριο χώρο, οι διεισδυτικοί παράγοντες δεν χρειάζεται να φτάνουν σε εξίσου υψηλές συγκεντρώσεις στο εσωτερικό των κυττάρων. Η συγκέντρωση είναι, όπως θα δούμε, το βασικό πρόβλημα.

Η ισορροπία ανάμεσα στην προστασία και την τοξικότητα

Εδώ βρίσκεται η βασική δυσκολία της κρυοπροστασίας. Για να υαλοποιηθεί αξιόπιστα ένας ιστός, χρειάζεται να αντικατασταθεί μεγάλο μέρος του νερού του σώματος με κρυοπροστατευτικό. Όσο αυξάνεται η συγκέντρωση, τόσο αυξάνεται και η τοξικότητα για τον ιστό. Αν χρησιμοποιηθεί πολύ μικρή ποσότητα, σχηματίζεται πάγος. Αν χρησιμοποιηθεί υπερβολική ποσότητα, μπορεί να προκληθεί χημική βλάβη. Η πρόκληση είναι να βρεθεί η κατάλληλη ισορροπία ανάμεσα στα δύο.

Δύο παράγοντες καθιστούν αυτή την ισορροπία εφικτή. Πρώτον, η τοξικότητα εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία: ένας παράγοντας που θα έβλαπτε τον ιστό σε υψηλότερη θερμοκρασία είναι πολύ λιγότερο επιβαρυντικός σε χαμηλότερη θερμοκρασία. Γι' αυτό τα κρυοπροστατευτικά εισάγονται σταδιακά, σε αυξανόμενη συγκέντρωση, ενώ το σώμα ψύχεται ταυτόχρονα, κρατώντας την τοξικότητα χαμηλή σε κάθε στάδιο. Δεύτερον, οι κατάλληλοι συνδυασμοί παραγόντων μπορούν να έχουν μικρότερη συνολική τοξικότητα από εκείνη που θα είχε κάθε παράγοντας αν χρησιμοποιούνταν μόνος του στις αντίστοιχες συγκεντρώσεις. Η αναζήτηση του κατάλληλου μείγματος παραμένει ενεργό ερευνητικό πεδίο και η βελτίωσή του μπορεί να επηρεάσει την ποιότητα της μελλοντικής αναζωογόνησης.

Τα κρυοπροστατευτικά διαλύματα εξελίσσονται

Τα κρυοπροστατευτικά διαλύματα που χρησιμοποιούνται σήμερα δεν είναι μία μόνο χημική ουσία, αλλά προσεκτικά ρυθμισμένα μείγματα, αποτέλεσμα δεκαετιών έρευνας και βελτιώσεων. Ο κρυοβιολόγος Greg Fahy ανέπτυξε διαδοχικές γενιές διαλυμάτων υαλοποίησης. Κάθε νέα γενιά επιχειρούσε να αντιμετωπίσει περιορισμούς της προηγούμενης. Τα πρώτα μείγματα ενός μόνο παράγοντα αντικαταστάθηκαν από συνδυασμούς DMSO, αμιδίων και προπυλενογλυκόλης. Στη συνέχεια, η αιθυλενογλυκόλη χρησιμοποιήθηκε ως εναλλακτική σε ορισμένα πιο τοξικά συστατικά. Ακολούθησε η προσθήκη μορίων που αναστέλλουν την κρυστάλλωση και επιτρέπουν τη χρήση χαμηλότερων συγκεντρώσεων κρυοπροστατευτικών. Η πιο πρόσφατη εξέλιξη αφορούσε την προσαρμογή της αναλογίας των μη διεισδυτικών συστατικών, με στόχο τον περιορισμό της βλάβης από την ψύξη. Τα σημερινά διαλύματα για χρήση σε ανθρώπους αποτελούν το πιο πρόσφατο στάδιο αυτής της εξέλιξης. Το Tomorrow.bio και το Cryonics Institute χρησιμοποιούν μια βελτιστοποιημένη εκδοχή του διαλύματος VM1. Αποτελείται από περίπου ίσα μέρη διμεθυλοσουλφοξειδίου και αιθυλενογλυκόλης. Άλλοι πάροχοι χρησιμοποιούν δικές τους κατοχυρωμένες ή μη δημοσιοποιημένες συνθέσεις. Οι δύο προσεγγίσεις αντανακλούν διαφορετική στάθμιση κόστους και διαθέσιμης τεκμηρίωσης. Το VM1 έχει σημαντικά χαμηλότερο κόστος ανά περίπτωση. Οι ερευνητές χρησιμοποιούν επίσης έναν προγνωστικό δείκτη τοξικότητας, που συμβολίζεται ως qv*, για τον σχεδιασμό μειγμάτων τα οποία υαλοποιούνται αξιόπιστα με τη μικρότερη δυνατή βλάβη. Το βασικό σημείο είναι ότι το κρυοπροστατευτικό δεν είναι μια σταθερή συνταγή, αλλά αντικείμενο συνεχούς εξέλιξης. Κάθε βελτίωση μπορεί να αυξήσει την πιστότητα της διατήρησης και να συμβάλει στην προώθηση του πεδίου.

Το ανοιχτό πρόβλημα

Υπάρχει ακόμη μία σημαντική δυσκολία. Σε κρυογενικές θερμοκρασίες, η χημική τοξικότητα των κρυοπροστατευτικών είναι εξαιρετικά περιορισμένη, επειδή οι χημικές αντιδράσεις επιβραδύνονται δραστικά. Η τοξικότητα γίνεται κυρίως ζήτημα κατά την επαναθέρμανση. Κατά την αύξηση της θερμοκρασίας, οι κρυοπροστατευτικοί παράγοντες θα πρέπει να απομακρυνθούν γρήγορα και με ελεγχόμενο τρόπο, ώστε να αποφευχθεί βλάβη στους ιστούς. Η ασφαλής εκτέλεση αυτής της διαδικασίας αποτελεί πρόβλημα που θα έπρεπε να λύσει η μελλοντική ιατρική, εφόσον καταστεί δυνατή η αναζωογόνηση. Δεν είναι κάτι επιλύσιμο σήμερα. Αυτό πρέπει να δηλωθεί καθαρά: η αναζωογόνηση δεν είναι σήμερα δυνατή και κάθε αντίθετος ισχυρισμός θα ήταν παραπλανητικός. Η υπόθεση είναι ότι μια μελλοντική κοινωνία, ικανή να αντιμετωπίσει την αρχική αιτία θανάτου, θα μπορούσε επίσης να ελέγξει την επαναθέρμανση και να αξιοποιήσει τη βιολογική δομή που έχει διατηρηθεί.

Η ισορροπία ανάμεσα στην αποτελεσματική κρυοπροστασία και τη χαμηλότερη δυνατή τοξικότητα αποτελεί βασικό αντικείμενο της τρέχουσας έρευνας στο Tomorrow.bio και αλλού. Κάθε βελτίωση στο μείγμα μπορεί να αυξήσει την πιστότητα με την οποία διατηρείται η δομή ενός ανθρώπου κατά την ψύξη προς τους -196 °C.

Περαιτέρω ανάγνωση

• Πάγωμα εναντίον υαλοποίησης
• Τι είναι η ισχαιμία και πώς επιδρά στην κρυοσυντήρηση;
• Τεχνικές προκλήσεις για διατήρηση υψηλής ποιότητας
• Κρίσιμο γλωσσάρι