Как криогенная заморозка может победить смерть

Криоконсервация (или криогенная заморозка) совершила революцию в здравоохранении. Миллионы людей создали семьи при помощи замороженной спермы, яйцеклеток и эмбрионов, а замороженные ткани яичников помогают восстановить фертильность женщин, потерявших способность рожать из-за химиотерапии. Портал bigthink.com рассказал об истоках криоконсервации и том, что ждет технологию в будущем.

В 1930-х фермеры в США, РФ и других частях мира пользовались искусственным оплодотворением для разведения скота. Процесс не только обеспечивал лучший процент оплодотворяемости, чем естественное размножение, но и уменьшал количество спермы, необходимой для беременности. А это значит, что один самец высокого качества может оплодотворить больше самок.

Одной из самых больших проблем в этом деле стала оперативность процедуры. Хотя смешение спермы со специальным медиумом на базе яичного желтка и охлаждение этой смеси продляли срок годности, у фермеров была всего пара дней между забором спермы и оплодотворением. Попытки заморозить ее для дальнейшего применения приводили к появлению кристалликов льда на клетках спермы, что приводило к необратимым клеточным повреждениям.

Но в 1949 году произошел прорыв. Английский биолог Кристофер Польж обнаружил, что у него получилось вывести здоровых цыплят из замороженной и оттаявшей спермы петуха благодаря добавлению глицерина. Он сыграл роль «криопротектора», который защитил сперматозоиды от повреждений в заморозке. Позже он отработал эту технику на спермебыка.

После открытия команды Польжа аналогичные опыты начал американский биолог Джером Шерман, однако он решил проводить эксперименты на человеческих клетках. Шерман выяснил, что сперматозоиды гораздо проще заморозить, если сначала концентрировать их с помощью центрифуги. После смешения клеток с микстурой из глицерина и медиума он медленно замораживал материал, а затем хранил его на сухом льду.

В 1953 году на свет появились первые три ребенка, зачатые при помощи криоконсервированной спермы. Перед концом XX века ученые обнаружили правильные сочетания техник, химикатов и методов охлаждения для успешной консервации человеческих яйцеклеток, эмбрионов, клеток крови, кожных аллотрансплантатов и многого другого.

После этого окрыленные успехом ученые (и писатели-фантасты) начали представлять радикальное будущее применение технологии: заморозка и хранение людей целиком.

Люди надеялись, что криоконсервация человеческого тела после смерти поможет сохранить и «оживить» погибшего в будущем, когда наука откроет лекарство от его недуга. И не важно, сколько времени пройдет между смертью и чудесным исцелением — в теории могли пройти годы, десятки лет или даже века. Так, в 1967 году профессор психологии Джеймс Бедфорд стал первым человеком, чей труп подвергся криогенной заморозке. А за ним последовали еще примерно 500 человек.

На сегодняшний день криоконсервация клеток и тканей стала рутинной частью медицины, однако сфера «крионики», занимающаяся заморозкой человека после смерти, по-прежнему сохраняет противоречивый статус. Некоторые ученые подвергают сомнениям моральность попыток «обмануть смерть» при помощи криогенных технологий. Другие — утверждают, что компании, продающие подобные услуги, наживаются на больных людях и тех, кто боятся смерти. Для справки, некоторые фирмы берут от $200 000 за одно тело.

Даже если врачи будущего смогут излечить причины смерти замороженных, велика вероятность, что их тела будут слишком повреждены для оживления. Кошмарное состояние тех, кого уже разморозили и осмотрели, не внушает уверенности.

Но это не значит, что мы никогда не найдем правильный способ криогенной заморозки людей. К тому же, параллельно ученые могут совершить не менее важные открытия, которые положительно скажутся на сфере здравоохранения. Криобиология — не что иное как инженерная проблема. Познания в биологии уже есть, нужно лишь найти решения определенных ограничений.

Одно из таких ограничений заключается в простом факте: заморозить и равномерно разморозить что-то маленькое, типа эмбриона из 100 клеток, гораздо проще, чем тело целиком. Центр объекта размораживается медленнее внешних слоев, а разница температур способствует формированию кристаллов льда, повреждающих ткани.

В июле 2023 года сотрудники Университета Миннесоты заявили, что совершили открытие в этом вопросе. Для научной работы, опубликованной в журнале Nature Communications, они добавили в вещество-протектор наночастицы железа, после чего прокачали его через сосуды в почках лабораторных крыс. Но вместо того, чтобы медленно охлаждать их, ученые быстро заморозили их при помощи жидкого азота. Данный метод называют витрификацией; он заставляет клетки переходить в стеклоподобное состояние. Его широко применяют в консервации эмбрионов, т.к. он приводит к гораздо меньшим клеточным повреждениям.

Почки оставили на хранении на срок до 100 дней, после чего команда ученых поместила замороженные органы внутрь медной катушки и пропустила через нее ток. Магнитное поле нагрело микроскопические частицы железа в почках, что позволило плавно разморозить органы примерно за полторы минуты. Затем ученые промыли почки от протектора и пересадили их пяти крысам. Первые две или три недели они функционировали не в полную мощность, но после этого нормализировались. Через месяц размороженные почки ничем не отличались от свежих трансплантатов.

Конечно, крысиные почки нельзя назвать большими — обычно они весят меньше грамма. Но при этом они содержат десятки миллионов клеток минимум 20 различных типов, что делает их крупнее и сложнее эмбриона. Не говоря уже о том, что сам факт успешной заморозки, размораживания и пересадки любого органа млекопитающего — знаменательная веха для науки. Потенциально она проложит путь к точке, которую многие считают следующим важным этапом криогеники — создание банка человеческих органов.