Gamta mums parodė, kad įmanoma kriokonservuoti (užšaldyti) gyvūnus, tokius kaip ropliai, varliagyviai, kirminai ir vabzdžiai. Nematodų kirminai, išmokyti atpažinti tam tikrus kvapus, išsaugo šią atmintį net po to, kai užšąla.
Medvarlė (Rana sylvatica) žiemą sušąla į ledo luitą ir atšyla pavasarį. Tačiau žmogaus audiniams kiekvienas užšaldymo ir atšildymo procesas daro didelę žalą. Suprasti ir sumažinti šią žalą yra vienas iš kriobiologijos tikslų.
Šaldymas padaro žalos
Ląsteliniu lygmeniu ši žala vis dar nėra pakankamai suprantama, tačiau ją galima kontroliuoti. Kiekviena šios srities naujovė remiasi dviem aspektais: pagerinti išsaugojimą užšaldžius ir paspartinti atsigavimą po atšildymo. Užšalimo metu žalos galima išvengti kruopščiai reguliuojant temperatūrą ir pasikliaujant įvairių tipų krioprotektoriais.
Vienas pagrindinių tikslų yra slopinti ledo susidarymą, kuris gali sunaikinti ląsteles ir audinius juos išstumdamas ir nutraukdamas. Dėl šios priežasties siekiama sklandaus perėjimo prie „stiklinės pakopos“ (vitrifikacijos) greitai atvėsinant, o ne užšaldant.
Tam naudojamos paprastos medžiagos, tokios kaip cukrus ir krakmolas, siekiant pakeisti klampumą ir apsaugoti ląstelių membranas. Cheminės medžiagos, tokios kaip dimetilsulfoksidas (DMSO), etilenglikolis, glicerolis ir propandiolis, yra naudojamos siekiant užkirsti kelią tarpląsteliniam ledo susidarymui, o antifriziniai baltymai slopina ledo kristalų augimą ir pakartotinį kristalizavimąsi atšildant.
Bet mes turime jaudintis ne tik dėl atskirų ląstelių. Šaldytoje būklėje esantys audiniai paprastai yra biologiškai stabilūs. Biocheminės reakcijos, įskaitant degeneraciją, sulėtėja itin žemoje temperatūroje iki taško, kuriame jos efektyviai sustabdomos. Nepaisant to, yra rizika, kad užšalusios struktūros patirs fizinį irimą, tokį kaip plaukų augimo linijos įtrūkimai.
Problemų kelia ir atšildymas
Atšildžius, temperatūros svyravimai sukelia daugybę problemų. Šioje būsenoje audiniai ir ląstelės gali būti pažeisti. Bet tai taip pat turi įtakos mūsų bendrajai „epigenetikai“ – kaip aplinkos veiksniai ir gyvenimo būdo pasirinkimas daro įtaką mūsų genams – sukeliant epigenetinį perprogramavimą. Tačiau antioksidantai ir kitos medžiagos gali padėti atsigauti po atšildymo ir išvengti žalos.
Viso kūno atgaivinimas taip pat kelia savų iššūkių, nes organai turi pradėti veikti vienu metu. Kraujo tekėjimo į organus ir audinius atstatymo uždaviniai jau yra žinomi skubios medicinos srityje. Bet galbūt džiugina tai, kad pats užšaldymas turi ne tik neigiamą poveikį – jis iš tikrųjų gali sušvelninti traumas. Skendusias aukas, kurios buvo atgaivintos, atrodo, saugojo šaltas vanduo – dėl to pradėti ilgalaikiai tyrimai apie žemos temperatūros metodų naudojimą operacijų metu.
Kriobiologijos mokslo naujoves skatina tiek medicina, tiek ekonomika. Didelei pažangai ląstelių išsaugojimo srityje daro įtaką nevaisingumo sektorius ir atsirandantis regeneracinės medicinos sektorius. Kriokonservuotos, užšaldytos ląstelės ir paprasti audiniai (kiaušinėliai, spermatozoidai, kaulų čiulpai, kamieninės ląstelės, ragena, oda) jau reguliariai atšildomi ir persodinami.
Taip pat prasidėjo „paprastų“ kūno dalių, tokių kaip pirštai ir kojos, kriokonservavimas. Kai kurie sudėtingi organai (inkstai, kepenys, žarnos) buvo kriokonservuoti, atšildyti ir sėkmingai persodinti gyvūnui. Nors žmogaus organų transplantacija šiuo metu priklauso nuo atšaldytų, o ne užšaldytų organų, yra atvejų, kai terapiniais tikslais vystoma visų organų kriokonservacija.
Didžiausios kliūtys
Visų smegenų kriokonservavimas geriausiu atveju yra niša. Eksperimentai su užšaldytomis viso gyvūno smegenimis nebuvo aprašyti nuo 1970-ųjų. Nors tokie veiksniai kaip geros kraujo atsargos ir didelė tolerancija mechaninei deformacijai gali palengvinti smegenų užšalimą, egzistuoja tam tikri techniniai ir moksliniai iššūkiai, ypač kai siekiama išsaugoti reguliavimo funkciją ir atmintį. Be didelių tokių proveržių tyrimuose, tikėtina, kad tai išliks vienintelis veiksnys, stabdantis viso kūno kriokonservavimo terapinį pritaikymą.
Tačiau yra dar viena didžiulė kliūtis krionikai: ne tik atitaisyti žalą, patirtą dėl užšalimo proceso, bet ir panaikinti žalą, kuri sukėlė mirtį – ir tokiu būdu atnaujinti asmens sąmoningą egzistavimą.
Grynai techniniu požiūriu šios papildomos komplikacijos verta vengti. Pavyzdžiui, tas, kuris kenčia nuo silpnaprotystės, prieš mirtį jau bus praradęs atmintį, todėl nebebus toks pats, kai pabus po kriogeninio užšalimo. Susidūrę su tuo, pacientai, turintys neurodegeneracinių sutrikimų, kurie nenori ilgiau gyventi su tokia liga, gali prieš mirtį būti užšaldyti, tikėdamiesi, kad išsaugos šiek tiek atminties, kai juos atgaivins tolimoje ateityje. Tai aiškiai kelia tiek teisinius, tiek etinius klausimus.
Taigi ar vieną dieną bus įmanoma kriokonservuoti žmogaus smegenis taip, kad jas būtų galima atgaivinti nepažeistas? Kaip paaiškinta, sėkmė priklausys nuo užšaldymo ir atgaivinimo technologijų kokybės. Ten, kur pirmoji yra ydinga, kaip būtų su dabartinėmis technologijomis, reikalavimai pastarosioms padidėja.
Tai leido manyti, kad efektyvus atgaivinimas neišvengiamai turi remtis labai pažangiomis nanotechnologijomis – sritimi, kadaise laikyta moksline fantastika. Idėja yra ta, kad mažos, dirbtinės molekulinės mašinos vieną dieną galėtų labai greitai pašalinti visą krionikos padarytą žalą mūsų ląstelėms ir audiniams, kad būtų galima mus atgaivinti. Atsižvelgiant į spartų progresą šioje srityje, nereikėtų atmesti viso mokslinio krionikos tikslo.
Alexandra Stolzing, Loughborough universiteto regeneracinės medicinos vyresnioji lektorė.
