Cryonics Questions and Choices
Toksyczność krioprotektantów to jeden z twardych faktów w kriobiologii. Te same substancje chemiczne, które pomagają zapobiegać powstawaniu lodu, mogą również uszkadzać komórki, jeśli dawka, czas lub temperatura są nieodpowiednie.
Oto problem, na który odpowiada ta lekcja. Jak może się zdarzyć, że substancja mająca chronić komórki podczas zamrażania jednocześnie je uszkadza?
Krótka odpowiedź jest prosta. Krioprotektanty są użyteczne, ale nie są darmowe. Komórki muszą wytrzymać stres pochodzący z dwóch kierunków naraz. Lód może rozrywać strukturę, a sam substancja ochronna może zaburzyć chemię komórki.
Krioprotektant to substancja dodawana przed schładzaniem. Jego zadaniem jest zmniejszenie szansy, że woda wewnątrz i wokół komórek przekształci się w kryształy lodu. Mówiąc prosto, pomaga on wodzie zachowywać się w mniej niebezpieczny sposób podczas zamrażania.
Do powszechnie stosowanych krioprotektantów należą takie substancje jak dimetylosulfotlenek (DMSO), glicerol oraz glikol etylenowy. Każda z nich może być pomocna w określonych warunkach. Każda z nich może jednak stać się szkodliwa, jeśli komórki będą narażone zbyt długo lub na zbyt wysokie stężenie.
To właśnie naukowcy mają na myśli mówiąc tutaj o toksyczności. Nie oznacza to trucizny w dramatycznym, potocznym sensie. Oznacza to, że chemikalia zaczynają zakłócać normalną funkcję komórki. Błona komórkowa może być obciążona. Białka mogą zachowywać się nieprawidłowo. Bilans wody może przesunąć się zbyt daleko.
Komórki są delikatne, ponieważ zależą od równowagi. Ich błony muszą pozostać wystarczająco elastyczne, by funkcjonować. Ich białka muszą zachować swój kształt. Wewnętrzne poziomy soli i wody muszą utrzymywać się w wąskim zakresie. Krioprotektanty mogą zaburzyć tę równowagę.
Uszkodzenia mogą nastąpić na kilka sposobów. Niektóre krioprotektanty wnikają do komórek i zmieniają sposób przemieszczania się wody. Niektóre sprawiają, że komórka traci wodę zbyt szybko. Niektóre zmieniają samą błonę komórkową. Niektóre stają się bardziej szkodliwe wraz ze wzrostem czasu ekspozycji.
Temperatura ma też znaczenie. Substancja może być mniej szkodliwa w stanie zimnym niż w ciepłym. Dlatego kriobiologia i krioprzechowalnia zwracają dużą uwagę na prędkość schładzania, czas ładowania oraz kolejność, w jakiej płyny są dodawane i usuwane. Szczegóły mają znaczenie, ponieważ komórki nie wybaczają wielu błędów.
Sam proces zamrażania dodaje kolejny problem. Gdy lód tworzy się na zewnątrz komórki, pozostała ciecz staje się bardziej skoncentrowana. To wysysa wodę z komórki. Komórka wtedy mierzy się jednocześnie ze skurczem, stresem osmotycznym związany z solami oraz stresem chemicznym. Krioprotektanty pomagają zredukować ilość lodu, ale mogą również zwiększyć stres chemiczny.
Dlatego konserwacja nigdy nie sprowadza się tylko do jednej „cudownej” cieczy. Chodzi o równowagę. Zbyt mało krioprotektantu pozostawia komórki otwarte na uszkodzenia przez lód. Zbyt dużo może je uszkodzić poprzez toksyczność. Celem jest znalezienie punktu, w którym całkowite uszkodzenie jest najmniejsze.
Mały przykład
Wyobraźmy sobie osobę próbującą uchronić owoc przed złym zamrożeniem w zimnym pomieszczeniu. Jeśli owoc zostanie sam, kryształy lodu mogą zniszczyć jego teksturę. Jeśli zostanie zanurzony w mocnej cukrowej kąpielu zbyt długo, owoc również może zmienić się w negatywny sposób. Krok ochronny pomaga, ale tylko w odpowiedniej ilości i przez odpowiedni czas.
Komórki są oczywiście bardziej delikatne niż owoce. Ale idea jest podobna. Środek ochronny może zmniejszyć jeden rodzaj szkody i spowodować inny, jeśli jest używany bez rozwagi.
Dlatego badacze badają stężenie, prędkość schładzania i czas ekspozji łącznie. Metoda, która wygląda dobrze w jednej tkance, może zawieść w innej. Roztwór, który chroni próbkę małych komórek, może nie chronić większego organu. Biologia nie skaluje się w sposób schludny.
W kriobiologii ma to znaczenie, ponieważ konserwacja to coś więcej niż przechowywanie w zimnie. Zaczyna się od gotowości i stabilizacji po ogłoszeniu zgonu prawnego. Następnie następuje transport, schładzanie i przygotowanie chemiczne. Jeśli ochronna chemia jest słaba, późniejsze przechowywanie w niskich temperaturach nie cofnie tego wczesnego uszkodzenia.
Nie oznacza to, że problem jest beznadziejny. Oznacza to, że problem jest rzeczywisty. Toksyczność krioprotektantów jest jednym z głównych powodów, dla których krioprzechowalnia pozostaje dziedziną starannych kompromisów, a nie prostymi historiami sukcesu.
Rejestr badań od dawna pokazuje to napięcie. Niektóre tkanki przeżywają lepiej, gdy chemia jest dobrze dostrojona. Niektóre wykazują mniejsze uszkodzenia przy wolniejszym lub bardziej ostrożnym procesie. Niektóre badania na zwierzętach i organach dostarczyły użytecznych wniosków, ale nie są dowodem na wskrzeszenie człowieka. Są dowodem na to, że komórki i tkanki mogą czasem być chronione lepiej niż wcześniej.
Ta różnica ma znaczenie. Przechowana komórka lub organ to nie jest przechowana osoba. Wynik laboratoryjny to nie obietnica. To fragment mapy, a mapa wciąż jest niekompletna.
Dla czytelników rozważających kriobiologię jako wybór skierowany w przyszłość, jest to jedna z najjaśniejszych lekcji. Pytanie nie brzmi, czy krioprotektanty są dobre, czy złe. Pytanie brzmi, ile szkody zapobiegają, ile szkody dodają i ile przyszłej naprawy mogłoby kiedyś być możliwe.
To trzeźwe pytanie. Jest też użyteczne. Utrzymuje uwagę na rzeczywistości, zamiast na życzeniowym myśleniu.
Co można zrozumieć teraz, czego nie było jasne na początku? Krioprotektanty nie są magicznymi tarczami. To narzędzia, które walczą z lodem, akceptując pewne ryzyko chemiczne. Gdy to się zobaczy, krytyczna ocena kriobiologii staje się łatwiejsza.
Jasną częścią „Dłuższego Horyzontu” jest to: nadzieja jest bardziej szczera, gdy potrafi nazwać zarówno zagrożenie, jak i możliwość.
Article by Lea Varga ·