Kui eesmärgiks onvitrifikatsioon, keha viimine stabiilsesse klaasja seisundisse hoopis hävitava jää asemel, siis krüoprotektandid on võti, mis teeb selle füüsiliselt võimalikuks. Need on, peaaegu sõna-sõnalt, meditsiinilised külmumisvastased ained. Ja nagu paljud selle valdkonna olulisemad tööriistad, kaasnevad need terava kompromissiga. Kogu protseduur on selle ümber disainitud. Aine, mis kaitseb kudet jää eest, on samuti mürgine sobimatul doosil. Krüoprotektantide mõistmine tähendab selle pingete tasakaalu mõistmist.
Miks jää peab olema peatatud igal hinna eest
Alustage vaenlasest. Kui vesi kehas külmub, põhjustab see kahju kahes vormis üheaegselt. Esiteks mehaaniline: kui jääkristallid kasvavad, suruvad nad ümberkaudsed rakud kitsenemisse kanalitesse sulanud vedelikku, deformeerides rakusisesed peened struktuurid. Teiseks keemiline: kui puhas vesi külmub, kontsentreerub kõik, mis selles lahustunud oli, üha väiksemasse vedelikukogusse, kuni see vedelikupesa muutub mürgiseks. Üks neist kahjustustest oleks juba halb. Koos teevad nad tavalise külmumise kindlaks viisiks hävitada need struktuurid, miskodeerivad, kes te olete.
Krüoprotektandid on mõeldud selleks, et tagada, et jää ei moodustu kunagi esmalt. Kude ei külmu, vaid läheb klaasja, vitrifitseerunud seisundisse, ja struktuur säilub nii hästi, kui perfusioon seda võimaldab.
Mis krüoprotektandid tegelikult on
Krüoprotektiivne aine käitub sarnaselt autode radiaatoritesse lisatava külmumisvastase ainega: see lahustub vees ja alandab vee kristalliseerumistemperatuuri. Krüoonikas kasutatavad meditsiinilised versioonid, näiteks glütserool, etüleenglükool, propüleenglükool ja dimetüülsulfoksiid (DMSO), on valitud ja segatud just selleks eesmärgiks. Need jagunevad kaheks perekonnaks, mis töötavad koos:
- Läbitungivad ained läbivad rakumembraani ja takistavad jää moodustumistrakusiseselt.
- Läbitungimatud ained jäävad rakuvälisesse ruumi ja takistavad jää moodustumistrakkude vahelises ruumis, kus see tavaliselt esimesena ilmneb. Läbitungivad ained läbivad rakumembraani ja asendavad suure osa rakusisest veest, takistades jää moodustumist rakusiseselt.
Nende koostööd kasutatakse põhjusel, mis osutub oluliseks. Kuna läbitungimatud ained hoolitsevad kergema, jääherkema rakuvälise ruumi eest, ei pea läbitungivad ained olema nii kõrge kontsentratsiooniga raku sees. Ja kontsentratsioon, nagu näeme järgnevalt, ongi kogu probleem.
Teie ees seisab mürgistuse kompromiss, mis ongi päris lugu.
Siin on pinge, mis määrab kogu krüoprotektsiooni valdkonna. Et vitrifitseerida usaldusväärselt, peate asendama suure osa keha veest krüoprotektandiga. Aga mida kõrgem on kontsentratsioon, seda mürgisemaks muutub aine kudedele. Kasutage liiga vähe ja saate jää. Kasutage liiga palju ja saate keemilise kahjustuse. Kunst seisneb nõela juhtimises nende vahel.
Kaks faktorit teevad nõela juhtimise võimalikuks. Esiteks sõltub mürgisus järsult temperatuurist: aine, mis oleks soojalt kudedele kahjulik, on külmalt palju leebem. Seega viiakse krüoprotektandid sisse järk-järgult, kontsentratsiooni tõstes, samal ajal keha jahutades, säilitades mürgisuse igal sammul madalal. Teiseks võivadainete kombinatsioonid alandada segude kogumürgisust allapoole seda, mida üksainus aine täisvõimsusel põhjustaks. Õige segu leidmine on aktiivne uurimisprobleem, ja selle parandamine on üks konkreetsemaid võimalusi mõjutadatuleviku taastumise kvaliteeti.
Lahused ise muutuvad järjest paremaks.
Tänapäeval kasutatav krüoprotektant ei ole üksainsa keemilise aine, vaid hoolikalt häälestatud kokteil, mis on sajandite pikkuse iteratsiooni tulemus. Krüobioloog Greg Fahy ehitas oma vitrifikatsiooni lahused põlvkondade kaupa. Igaüks parandas eelmise puudujääki. Varased üheainsa aine segud ustusid segudele, mis sisaldasid DMSO-d amiidide ja propüleenglükooliga. Seejärel asendas etüleenglükool mürgisemad komponendid. Järgnesid jääblokeerivad molekulid, mis pärsivad kristalliseerumist madalamatel kontsentratsioonidel. Viimane samm seadistas mitte-läbitungivate komponentide tasakaalu külmavigastuste vastu. Praegused inimeste kasutamiseks mõeldud ained seisavad selle ahela lõpus. Tomorrow.bio ja Cryonics Institute kasutavad optimeeritud versiooni lahusest nimega VM1. See on ehitatud ligikaudu võrdsetest osadest dimetüülsulfoksiidist ja etüleenglükoolist. Teised pakkujad kasutavad omaenda patenteeritud formuleeringuid. Need kaks esindavad erinevaid kompromisse kulude ja dokumentatsiooni vahel. VM1 on oluliselt odavam iga juhtumi kohta. Uurijatel on isegi ennustav mürgisuse mõõt, kirjeldatud qv*, mis aitab disainida segusid, mis vitrifitseeruvad usaldusväärselt, põhjustades võimalikult vähe kahju. Punkt on selles, et "krüoprotektant" ei ole püsiv asi, vaid liikuv piiriala, ja iga parendus tõstab otseselt säilituse täpsust, teema onvaldkonna arendamine.
Ainus aus probleem, mida keegi ei varja
On veel üks aus ruti. Krüogeensetel temperatuuridel pole krüoprotektandid üldse mürgised, sest midagi ei reageeri; kõik on peatunud. Mürgisus on probleemtaassoojendamisel. Ülespoole minnes peaksid ained eemaldama kiiresti ja puhtalt, et vältida kudede kahjustamist. Seda hästi tegemine on tuleviku meditsiini probleem, mis peaks tegelema taastumisega. See pole praegu lahendatav. Me ütleme seda otse, sesttaastumine on praegu võimatu, ja teeselda vastupidist oleks ebaaus. Panus seisneb selles, et tsivilisatsioon, mis suudab parandada surma põhjust, suudab samuti kontrollitud taassoojendamise korraldada, ja säilitatud struktuur annab talle millegi, mille kallal töötada.
See tasakaal, rohkem külmumisvastast ainet või vähem mürgisust, ongi palju uuringutööd tegeva Tomorrow.bio ja mujal fookuses. Iga parendus segus on otsene parendus sellele, kuidas täpselt inimese struktuur säilib teekonnal-196°C.
TL;DR: Krioprotektandid vähendavad jää moodustumist ja võimaldavad vitrifikatsiooni. Need võivad põhjustada ka toksilisust ja osmootilist stressi, seega peavad kontsentratsioon, temperatuur ja manustamine olema hoolikalt kontrollitud.
Uurige seda praktilist tööriista
Kasutage interaktiivset tööriista, et uurida selles artiklis käsitletud küsimust.
Interaktiivse tööriista laadimine...
Jätkamaterjal