Cryonics Questions and Choices
La stabilità dello stato amorfo dipende dalla velocità di raffreddamento
Cosa fa sì che un campione conservato rimanga simile al vetro invece di trasformarsi in ghiaccio?
Questa è la vera domanda alla base della stabilità amorfa. Nella crioconservazione, conta perché uno stato simile al vetro può mantenere la struttura intatta molto meglio rispetto ai cristalli di ghiaccio. Ma questo stato è fragile. Dipende da quanto velocemente viene raffreddato il materiale, da cosa contiene e da come viene gestita con cura la temperatura.
Uno stato amorfo significa che l’acqua e le sostanze disciolte non si sono depositate formando cristalli. Invece, si sono congelate in un solido disordinato. Pensate al miele lasciato in una stanza fredda. Può indurirsi senza formare cristalli ordinati. Una semplice soluzione zuccherina può fare lo stesso. In scienza, questo viene chiamato vetrificazione quando il liquido raffreddato diventa simile al vetro.
La velocità di raffreddamento è la prima chiave. Se il raffreddamento è troppo lento, le molecole d’acqua hanno il tempo di allinearsi e formare ghiaccio. Se il raffreddamento è abbastanza veloce, perdono questa possibilità. Restano intrappolate nel posto prima che i cristalli crescano. È per questo che la stessa soluzione può comportarsi in due modi molto diversi, a seconda del ritmo del raffreddamento.
Questo non è un dettaglio piccolo. È la differenza tra una struttura bloccata in posizione e una strappata via dalla crescita dei cristalli. Nella crioconservazione, l’obiettivo è preservare la fine struttura biologica il più fedelmente possibile dopo che la morte legale è stata dichiarata. Il ghiaccio è un povero aiuto in quel compito. Può espandersi e distorcere i tessuti delicati. Uno stato simile al vetro evita gran parte di quei danni.
Ma la velocità da sola non risolve tutto. Un campione che si raffredda rapidamente potrebbe comunque fallire se la soluzione non è adatta alla vetrificazione. Vengono aggiunti crioprotettori per ridurre la probabilità di formazione di ghiaccio. Questi sono prodotti chimici come il dimetilsolfossido, il glicole etilenico e altri agenti usati in diverse miscele. Aiutano, ma portano anche i propri problemi, inclusa la tossicità e lo stress sulle cellule.
È per questo che la criobiologia ha dedicato così tanto sforzo a entrambi i lati del problema. Un lato è fisico. Come manteniamo il campione amorfo? L’altro lato è biologico. Come evitiamo di danneggiare il tessuto mentre lo facciamo? Quegli due obiettivi tirano in direzioni opposte. Una miscela più forte può aiutare a prevenire il ghiaccio, ma può anche ferire le cellule. Una miscela più gentile può essere più sicura, ma potrebbe non mantenere lo stato vetroso altrettanto bene.
La domanda pratica non è se la vetrificazione suoni elegante. È se il tessuto possa essere raffreddato in un modo che lasci meno danni di quanto ne causerebbe il ghiaccio. Questo è un obiettivo stretto ed esigente. Ed è anche per standby, stabilizzazione, trasporto e perfusione contano così tanto nella pratica della crioconservazione. Il processo non è un unico passo drammatico. È una catena. Ogni anello influisce su quanto velocemente scende la temperatura e su come risponde il tessuto lungo la strada.
Un esempio semplice rende questo più facile da vedere. Immaginate un barattolo di acqua zuccherata messo in un freezer. Se si raffredda lentamente, si formano cristalli ai bordi e si diffondono verso l’interno. Se si raffredda abbastanza velocemente, e se il mix è abbastanza concentrato, i contenuti possono indurirsi in una massa chiara simile al vetro. Ora immaginate che quel barattolo non sia acqua zuccherata ma tessuto fragile con vasi sanguigni e membrane cellulari. Le posta in gioco diventano molto più alte, e il margine accettabile per l’errore diventa molto più piccolo.
Questo è anche il motivo per cui i ricercatori hanno esaminato la perfusione degli organi, la funzione vascolare e il danno da raffreddamento. In alcuni studi su animali e organi, una migliore conservazione è stata collegata a un controllo più attento della soluzione e del processo di raffreddamento. Quei risultati non sono prove di risveglio umano. Sono segnali di laboratorio che la struttura può talvolta essere protetta più di quanto consentissero i metodi precedenti. Questo è utile, ma non è una promessa.
Il termine “stabilità” può suonare più fermo di quanto sia. In questo contesto, significa che lo stato amorfo resiste al cambiamento per un periodo di tempo. Non significa sicurezza permanente. Il riscaldamento può annullare lo stato se fatto male. Temperature irregolari possono anche causare problemi. Un campione può sembrare stabile in un momento e ancora essere vulnerabile a crepe, devetrificazione o altri danni in seguito.
È lì dove l’onestà conta. La crioconservazione non è un modo provato per preservare una persona per sempre. È un tentativo serio di dare alla medicina futura qualcosa con cui lavorare. La domanda dietro la stabilità amorfa è se abbastanza struttura possa sopravvivere ai limiti attuali in modo che la riparazione successiva, se mai diventasse possibile, abbia una possibilità. Questa è una possibilità, non una garanzia.
Trovo che questa distinzione valga la pena tenere presente. La speranza è più onesta quando sa cosa non conosce. Nella crioconservazione, la velocità di raffreddamento è uno di quei fatti difficili che separano la fantasia dalla procedura. Troppo lenta, e i cristalli vincono. Abbastanza veloce, e con la miscela giusta, il tessuto può entrare in uno stato simile al vetro che tiene la struttura meglio.
Quindi questa lezione si riduce a un’idea semplice. La stabilità dello stato amorfo dipende dalla velocità di raffreddamento perché il raffreddamento dà alle molecole o il tempo di organizzarsi in ghiaccio o nessun tempo affatto. Una volta che questo è chiaro, il resto della vetrificazione ha più senso: i prodotti chimici, il trasporto, il controllo della temperatura e lo sforzo per ridurre il danno servono tutti quello stesso obiettivo stretto.
Il lettore può ora vedere perché il raffreddamento non è una nota tecnica a piè di pagina nella crioconservazione. È uno dei motivi principali per cui un campione conservato può rimanere simile al vetro o fallire trasformandosi in ghiaccio. Questa differenza è il centro del problema, e anche il centro della speranza.
The Longer Horizon è dove quel tipo di domanda rimane visibile, senza fingere che una domanda difficile abbia una risposta facile.
Article by Lea Varga ·