Причина, по которой мозг не восстанавливается после заморозки, кроется в разрушениях от ледяных кристаллов. Они прокалывают мембраны и ломают структуры, необходимые для работы клеток. Чтобы избежать этого, учёные применяют витрификацию — заморозку с таким быстрым охлаждением, что лед не успевает образоваться, и ткани переходят в стекловидное состояние. Подробности метода и экспериментов рассказывает издание Нож.
Учёные исследовали мозговые срезы мышей толщиной около 350 микрометров, включая гиппокамп — область, отвечающую за память и ориентацию. Эти срезы пропитывали раствором с криопротекторами и охлаждали до -196 °C с помощью жидкого азота, а затем хранили при -150 °C в течение от нескольких минут до недели.
После размораживания анализ показал неподвёдшие мембраны нейронов и синапсов, а митохондрии сохраняли активность. Электрофизиологические тесты зафиксировали почти нормальную реакцию нейронов на электрические импульсы.
«Сохранились ключевые свойства гиппокампа — структура, метаболизм, возбудимость нейронов и синаптическая передача с пластичностью. Особенно важна сохранённая долговременная потенциация — знак, что процессы обучения и памяти работают», — отмечают исследователи.
В другом эксперименте учёные довели до витрификации весь мозг мыши, сохраняя его в стекловидном состоянии при -140 °C почти восемь дней. После оттаивания и подготовки срезов эксперименты подтвердили сохранение функциональности нейронных цепей гиппокампа.
«У нас уже есть предварительные данные, свидетельствующие о жизнеспособности коры мозга человека после витрификации», — делятся исследователи. Сейчас команда изучает возможности витрификации целых органов, в том числе сердца.
Однако переход к сохранению больших органов осложняют проблемы с теплопередачей и механическим напряжением — замороженные ткани могут трескаться. Пока путь к длительному хранению крупных органов ещё долог, но прогресс очевиден — криобиология вышла на новый этап после долгого застоя.
Что с остальными органами и тканями
В разных лабораториях мира учёные учатся эффективно замораживать и «оживлять» органы и ткани. Например, почки крыс замораживали, возвращали к жизни и успешно пересаживали — метод работает и уже не кажется фантастикой.
Это важно, ведь сейчас органы хранятся считанные часы, из-за чего более половины донорских сердец и лёгких не доходит до пациентов, а пересадку в мире получает не более 10% нуждающихся, констатирует ВОЗ.
Криолаборатории научились замораживать кораллы, личинки мух, эмбрионы рыб и даже свиную печень, сохраняя их «живыми» неделями. Некоторые животные, как лесная лягушка (Rana sylvatica), умеют выживать в частично замороженном состоянии месяцами — секреты такого природного антифриза тоже исследуются.
Учёные мечтают создать банки тканей и органов — от кожи до конечностей. Это поможет сохранить редкие виды, облегчить трансплантологии и другие области медицины.
Непосредственно при заморозке без криопротекторов клетки повреждаются кристаллами льда — клетки разрушаются. Знающие, как замораживать ягоды или фрукты, вы поймёте это на вкус и текстуре.
Криопротекторы действуют как антифриз — делают воду вязкой и не дают ей кристаллизоваться, позволяя переходить ткани в твёрдое стекловидное состояние без образования льда.
Главные проблемы сохраняются и при оттаивании — медленное или неравномерное нагревание приводит к появлению льда и разлому тканей, как трещины на льду в стакане.
Решают эти трудности разными способами, например, высокой заморозкой под давлением. Метод развивался десятилетиями — сперва на мышиных эмбрионах, затем на человеческих, а сейчас постепенно переходят к большим органам.
