A tudományos fantasztikus művekben gyakori motívum a krioprezervált időutazó, akinek testét fagyasztással hibernált állapotban tartják, majd egy későbbi évtizedben vagy évszázadban kiolvasztják és felébresztik, miközben kognitív és fizikai képességei sértetlenek maradnak.
A kutatók emberi és más állatok – főként fiatal gerincesek – agyszövetének kriogenikus fagyasztásával és kiolvasztásával kísérletezve már bizonyították, hogy az idegsejtek sejtszinten túlélhetik a fagyasztást, és kiolvasztás után bizonyos mértékben működőképesek maradnak. Azonban mostanáig nem sikerült igazolni, hogy valóban lehetséges teljes mértékben helyreállítani az agy megfelelő működéséhez szükséges folyamatokat – az idegsejtek aktivitását, a sejtanyagcserét és az agy plaszticitását.
Egy német kutatócsoport viszont nemrégiben bemutatott egy módszert, amellyel az egerek agya kriogenikusan konzerválható és kiolvasztható, és amelynek használatával ezek a funkciók részben biztosan megmaradnak. Az eredményekről a Proceedings of the National Academy of Sciences folyóiratban számolnak be a szakértők, és ezek szerint a vitrifikációnak nevezett módszer, amely a szöveteket üvegszerű állapotban konzerválja, valamint a kiolvasztási folyamat épségben megőrzi az élő szöveteket.
„Ha az agy működése fizikai szerkezetének emergens tulajdonsága, hogyan tudjuk azt egy teljes leállás után helyreállítani?” – teszi fel a kérdést Alexander German, az Erlangen–Nürnbergi Egyetem neurológusa és a tanulmány vezető szerzője. Szerinte az eredmények arra utalnak, hogy egy napon lehetséges lesz az agy védelme betegség vagy súlyos sérülés esetén, szervbankok létrehozása, sőt, akár emlősök teljes testének krioprezerválása is.
Az agy teljes helyreállítása a fagyasztás után elsősorban a jégkristályok kialakulása okozta károsodás miatt nehéz. Ezek elmozdítják vagy megsértik a szövet finom nanostruktúráját, megzavarva a kulcsfontosságú folyamatokat. „A jégen kívül több tényezőt is figyelembe kell vennünk, többek között az ozmotikus stresszt és a krioprotektánsok okozta toxicitást” – mondja German.
German és kollégái az agyfunkciók megőrzése érdekében egy jégmentes krioprezervációs módszerhez, az úgynevezett vitrifikációhoz fordultak. A vitrifikáció során a folyadékot olyan gyorsan hűtik le, hogy a molekulák rendezetlen, üvegszerű állapotban maradnak, mielőtt jégkristályokat képezhetnének. „Meg akartuk nézni, hogy a molekulák mozgékonyságának teljes leállítása után ebből az üvegszerű állapotból újraindulhatnak-e a funkciók” – mondja German.
Először 350 mikrométer vastag egéragy-szeleteken tesztelték a módszert, amelyek tartalmazták a hippokampuszt is – az agy memóriáért és térbeli navigációért felelős központi részét. Az agyszeleteket előkezelésként krioprezervációs vegyszereket tartalmazó oldatban áztatták, majd −196 ºC-os folyékony nitrogénnel gyorsan lehűtötték. Ezután egy −150 ºC-os fagyasztóban vitrifikált állapotban tartották őket tíz perc és hét nap közötti időtartamig.
Miután a szeleteket meleg oldatokban kiolvasztották, a csapat elemezte a szöveteket, hogy megnézze, megőrizték-e funkcionális aktivitásukat. A mikroszkópos vizsgálatok kimutatták, hogy az idegsejtek és a szinaptikus membránok sértetlenek maradtak, és a mitokondriális aktivitás vizsgálata sem mutatott metabolikus károsodást. Az idegsejtek elektromos aktivitásának elemzése azt mutatta, hogy a kontrollsejtekhez képest voltak ugyan mérsékelt eltérések az elektromos ingerekre adott válaszokban, de a működés alapvetően közel normális volt. A hippokampusz neuronális pályái továbbra is mutatták a szinaptikus erősödés (hosszú távú potencírozás) jeleit, ami a tanulás és az emlékezet alapját képezi. Mivel azonban az ilyen szeletek hamar lebomlanak, a megfigyelések csak néhány órára korlátozódtak.
A csapat ezt követően egész egéragyakon is tesztelte a módszert, a szerveket –140 °C-on tartották üvegszerű állapotban legfeljebb nyolc napig. A protokollt azonban többször is módosítani kellett, hogy minimalizálják az agy zsugorodását és a krioprotektánsok mérgező hatásait. Az agyak kiolvasztása után szeleteket készítettek, és a hippokampusszal kapcsolatos vizsgálatok megerősítették, hogy az idegi útvonalak épek maradtak, és továbbra is képesek voltak a hosszú távú potencírozásra. Mivel azonban ezúttal is szeleteket vizsgáltak, azt nem tudták tanulmányozni, hogy az állatok emlékei megmaradtak-e a krioprezerváció után.
German és csapata következő lépésben az emberi agyszövetet akarja vizsgálni. „Már rendelkezünk előzetes adatokkal, amelyek az emberi agykéregszövet életképességét igazolják fagyasztás után” – mondja. A csapat azt is vizsgálja, hogy a vitrifikációs módszer hogyan alkalmazható egész szervek, különösen a szív krioprezervációjára. Fontos leszögezni ugyanakkor, hogy az egeres kísérletek során a teljes agy kriprezervációjánál a sikeraránya alacsony volt, és az eredmények nem feltétlenül lesznek alkalmazhatók közvetlenül nagyobb emberi szervekre, amelyek már csak méretük miatt is egészen újfajta kihívásokat rejtenek.
