Krionika

Krionika je dejavnost, ki si prizadeva za ohranitev ljudi, ki jih današnja medicina smatra za klinično mrtve. To dela s pomočjo ohlajanja telesa mrtve osebe do zelo nizkih temperatur (tipično pod −130°C). V takšnem ohlajenem stanju se razkroj bioloških tkiv ustavi in telo osebe se lahko hrani izredno dolgo (desetletja ali stoletja). Namen tega je spekulacija, da bo nekoč v prihodnosti možno te osebe oživeti in zdraviti.

Pri ohlajanju bioloških tkiv na tako nizke temperature se pojavijo različne vrste poškodb. Eden od problemov je, da voda pri 0°C začne zmrzovati. Led ima večji volumen kot voda in to vodi v poškodbe celic, tkiv in organov. Zaradi tega je krionika osredotočena na raziskovanje in uporabo snovi, ki zmanjšujejo poškodbe in preprečujejo nastajanje ledu. Takšne snovi se splošno imenujejo krioprotektanti [1].

V naravi

V naravi nastopijo temperature pod ničlo v zimskem času. Rastline in živali se morajo temu prilagoditi. Običajno so ledeni kristali znotraj celic bistveno bolj škodljivi kot v zunajceličnem prostoru. Drevesne sorte v ta namen sprožijo več mehanizmov zaščite. Najprej dehidrirajo celice, tako da se nastajanje ledenih kristalov znotraj celic bistveno zmanjša. Obenem povečajo proizvodnjo in koncentracijo sladkorjev, kar zniža temperaturo tališča. Posledica teh prilagoditev je, da z zelo nizkimi temperaturami namesto do tvorjenja ledenih kristalov znotraj celic pride do vitrifikacije [2]. Vitrifikacija je preobrazba v amorfno trdno snov, torej v trdno snov brez kristalov. V takem stanju lahko drevesa preživijo zime s temperaturami globoko pod ničlo.

Podobno strategijo uporabljajo insekti, saj je tudi njihova telesna temperatura odvisna od okolice. Ob nastopu zime začnejo izločati večje količine sladkorjev, poliolov in drugih molekul, ki zmanjšajo temperaturo tališča in nastajanje ledu. Rekorder pri tem je majhen hrošč iz Aljaske, Upis ceramboides, ki s kombinacijo molekul ksilomanana in sladkornega alkohola preživi temperature do -60°C [3].

Med živalmi, ki lahko znižajo svojo telesno temperaturo pod 0°C, je znana severnoameriška lesna žaba. Ta ob nastopu zimskih temperatur poleg zmanjševanja količine vode v celicah začne tudi kopičiti sečnino in glukozo. To omeji nastajanje ledenih kristalov. Tako lahko zamrzne do 45% svojega telesa in preživi temperature do -16°C [4]. Znane so tudi ribe v morjih Arktike in Antarktike, ki živijo v vodah s temperaturo do -2°C (zaradi slanosti je voda do te temperature še vedno tekoča). Razvile so različne proteine (t.i. antifriz proteine), ki jih izločajo v krvni obtok. Tam se vežejo na zametke ledenih kristalov in tako preprečijo njihovo nadaljno rast [5].

Pristop v krioniki

Pristop v krioniki je podoben kot prilagoditve v naravi. Preprečevanje ledu se želi doseči z uvajanjem krioprotektantov, ki zmanjšajo temperaturo ledišča in vodijo do vitrifikacije. Za razliko od narave se v krioniki običajno želi ohraniti organizem pri temperaturah tekočega dušika (-196°C). Takšnih temperatur v naravi ne najdemo. Razlog za to izbiro je, da se telo osebe lahko ohrani dovolj dolgo, dokler se tehnologija za oživitev in zdravljenje ne razvije.

Postopek, s katerim se telo osebe pripravi za dolgoročno hrambo, se začne šele po razglasitvi klinične smrti. V najboljšem primeru je to takoj po klinični smrti, saj sicer celice in tkiva začnejo hitro odmirati. Telo umrle osebe se postopoma hladi, pri čemer se kri zamenja s krioprotektanti. Pri različnih temperaturnih območjih se pojavljajo različni tipi poškodb, zato se ne ohlaja stalno enako hitro. Nad 0°C se ohlaja hitreje in z manj krioprotektanti, saj je osrednji problem razpadanje bioloških tkiv. Nato se količino krioprotektantov poveča in ohlajanje upočasni, saj v ospredje pridejo mehanske poškodbe zaradi ledu in temperaturnih gradientov. Ko je dosežena dovolj nizka temperatura (tipično -196°C), se telo lahko dolgotrajno hrani. Hrani se lahko celotno telo ali le možgane.

Hranjenje posameznih celic in majhnih tkiv se v medicinski praksi uporablja že dolgo. Hranjenje organov ali celotnih organizmov pa ne, saj ni prepričljivih dokazov, da naj bi postopki, ki jih uporablja krionika, zares delovali. Razlika med posameznimi celicami na eni strani in organizmi na drugi, je to, da so organizmi večji in jih je bistveno težje dovolj hitro enakomerno ohladiti. Če ohlajanje ni dovolj hitro, potem celice in tkiva začnejo propadati. Če ni enakomerno, pride do mehanskih poškodb, ki nastanejo zaradi temperaturnih razlik. Največji uspeh do sedaj je bila ohladitev ledvice zajca na temperaturo -45°C in uspešna presaditev nazaj [6].

Odprti problemi

Ena izmed ovir za boljšo vitrifikacijo organov in organizmov je, da so krioprotektanti v večjih koncentracijah toksični za celice. Zato je iskanje novih krioprotektantov, novih kombinacij krioprotektantov in iskanje snovi, ki bi zmanjšale toksičnost celotnega postopka, eden izmed odprtih raziskovalnih problemov. Odprto vprašanje je tudi, kako se bo tiste, ki se zdaj odločijo za krioniko, nekoč v prihodnosti oživelo. Takšna tehnologija v tem trenutku ne obstaja in je predmet spekulacij.

Poleg tehničnih težav je ovira tudi cena. Organizacije, ki so tipično neprofitne in se s tem ukvarjajo, za celoten postopek in hranjenje zaračunajo med $20000 in $200000 dolarjev. Cena je odvisna od organizacije in tega ali se hrani le možgane ali celotno telo. Ta znesek je za mnoge ljudi še vedno težko dostopen.

Kljub temu, da je krionika kot tehnologija pomankljiva in draga, se nekateri vseeno odločijo, da se po njihovi smrti njihovo telo ali možgane ohrani. Argument, ki pri tem odtehta, je, da v primeru, da jih naši zanamci oživijo, s tem pridobijo možnost nadaljnega življenja. Če se v nasprotnem primeru izkaže, da umrlega ni več možno oživeti, potem niso izgubili dosti, saj so na istem, kot če se njihovo telo pokoplje ali upepeli. V najslabšem primeru so torej na istem, v najboljšem pa jim je krionika omogočila nadaljno življenje.

Viri

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Cryoprotectant
2. R. Strimbeck et al, Extreme low temperature tolerance in woody plants, 2015.
3. K. Walters et al, Cryoprotectant Biosynthesis and the Selective Accumulation of Threitol in the Freeze-tolerant Alaskan Beetle, Upis ceramboides, 2009.
4. J. Costanzo et al, Hibernation physiology, freezing adaptation and extreme freeze tolerance in a northern population of the wood frog, 2013.
5. P.L. Davies, Ice-binding proteins: a remarkable diversity of structures for stopping and starting ice growth, 2014.
6. G. Fahy et al, Cryopreservation of organs by vitrification: perspectives and recent advances, 2004.