Neurony v myším mozku po zmrazení při teplotě -196 °C po dobu až jednoho týdne opět vysílaly elektrické signály.
Úspěch, který se donedávna zdál být vyhrazen výhradně pro oblast science fiction, nyní tým vědců z univerzity v německém Erlangenu-Norimberku proměnil v ověřitelnou vědeckou realitu.
Velký nepřítel: ledové krystalky
Hlavní překážkou, která po desetiletí brzdila jakýkoli vážný pokus o kryokonzervaci mozku, jsou ledové krystaly. Když voda obsažená v buňkách zmrzne, zvětší svůj objem a prorazí jemné buněčné membrány, čímž zničí synapse – spojení mezi neurony – a rozpadne se celá architektura zodpovědná za funkce, jako je paměť, myšlení a vědomí. Překonání této fyzikální překážky bylo velkou výzvou, které německý tým čelil.
Vitrifikace: zmrazení bez tvorby ledu
Klíč k úspěchu spočívá v technice známé jako vitrifikace. Místo toho, aby se kapaliny uvnitř buňky nechaly zkrystalizovat, je tkáň ochlazena tak vysokou rychlostí, že voda přejde rovnou do sklovitého stavu, tj. pevného, ale bez krystalické struktury, jako by to bylo sklo. Tímto způsobem se pozastaví veškerá molekulární aktivita, aniž by došlo k porušení biologických struktur. Časopis Nature uvádí, že se touto metodou podařilo uchovat mozkovou tkáň bez devastujícího poškození způsobeného tradičním zmrazením.
Vědci použili tenké řezy myšího hipokampu, což je oblast mozku důležitá pro učení a tvorbu paměti. Vzorky byly ponořeny do kapalného dusíku, plynu zkapalněného při extrémně nízkých teplotách, a uchovávány při teplotě -196 °C po dobu od deseti minut do sedmi dnů.
Velmi rychlý ohřev: nejkritičtější fáze
Ukázalo se, že stejně důležité jako chlazení je i rozmrazování. Vědci použili rychlé zahřátí rychlostí 80 °C za sekundu, což je závratné tempo nezbytné k tomu, aby se při přechodu ze sklovitého do kapalného stavu nevytvořily obávané ledové krystalky. V této fázi byly opatrně odstraněny kryoprotektivní látky – chemické látky, které chrání buňky během zmrazování – aby se zabránilo náhlému nasátí vody a prasknutí buněk.
Obnovení elektrické aktivity a funkčních synapsí
Následná mikroskopická analýza ukázala, že membrány neuronů a jejich synapse zůstaly neporušené. Mitochondrie, organely zodpovědné za zásobování buňky energií, nevykazovaly žádné známky poškození. Skutečně ohromující však bylo, že vědci byli schopni zaznamenat téměř normální elektrickou aktivitu: rozmražené neurony reagovaly na podněty stejným způsobem jako ty, které nikdy nebyly zmraženy.
Ještě významnější je, že zjistili přítomnost dlouhodobé potenciace (LTP), mechanismu, kterým se neuronální spojení posilují při opakovaném používání a který je biologickým základem učení a paměti. To ukazuje, že buňky nejenže přežily v izolaci, ale že části funkčních obvodů, které umožňují mozku zpracovávat informace, zůstaly funkční. WION označil tento objev za průlom, který „přibližuje science fiction vědeckým možnostem„.
Od tenké tkáně k celému mozku: krkolomná cesta
Povzbuzeni výsledky se vědci pokusili stejnou techniku aplikovat na celý myší mozek. Narazili na obrovský problém: hematoencefalickou bariéru, jakýsi biologický filtr, který chrání mozek tím, že brání průchodu mnoha látek z krve, včetně kryoprotektiv potřebných pro vitrifikaci. Aby tým tuto překážku obešel, střídal perfuzi ochranných látek s nosným roztokem, který je distribuoval rovnoměrněji, aniž by způsobil extrémní dehydrataci nebo smrtelný otok tkáně.
Po opětovném zahřátí celého mozku byla měřena spotřeba kyslíku, synapse byly zkoumány elektronovou mikroskopií a tkáň byla stimulována elektrodami. Zaznamenaná aktivita byla omezenější než u tenkých řezů, ale výsledky potvrdily, že část tkáně je stále funkční.
Slibné aplikace, ale žádná zkratka ke kryokonzervaci člověka
Odborníci mají jasno: tento úspěch neznamená, že uchování celých mozků, natož celých lidí, je brzkou realitou. Inženýr kryobiologie Mrityunjay Kothari, kterého oslovil časopis Nature, tvrdí, že možnost uchování velkých orgánů nebo celých savců zůstává „daleko za současnými možnostmi„.
Nicméně tento průlom otevírá možnosti, které mají obrovskou praktickou hodnotu. Mezi nejbližšími aplikacemi odborníci v oboru zdůrazňují možnost uchování mozkové tkáně získané při operaci pro pozdější analýzu, podporu vývoje nových neurologických léků nebo dokonce zkoumání možnosti navození dočasného stavu pozastavení pro ochranu mozku po těžkých úrazech.