Идея сохранения человеческого разума в состоянии анабиоза десятилетиями оставалась лишь эффектным приемом из кинофильмов. Основная преграда на пути к реальности заключалась в разрушительной силе льда: при замерзании вода расширяется, разрывая нежные клеточные мембраны и уничтожая сложнейшую наноструктуру нейронных связей.
Замороженный мозг мышей удалось «оживить» через 8 дней
Исследователи из Университета Эрлангена-Нюрнберга совершили важный шаг в криобиологии, успешно восстановив функции мозга мыши после глубокой заморозки. Ученые применили метод витрификации, позволивший избежать повреждения тканей кристаллами льда и сохранить метаболическую активность нейронов.
«Капсула для криосна» из научно-фантастического фильма «Чужой» 1979 года. 20TH CENTURY FOX через AJ Pics/Alamy
Феномен витрификации. Когда говорят о криобиологии, часто думают, что ткани просто превращаются в лед. На самом деле обычный лед — главный враг биологии. Витрификация, использованная в опытах, — это процесс превращения жидкости в аморфное «твердое стекло». При сверхбыстром охлаждении молекулы воды просто не успевают выстроиться в упорядоченную кристаллическую решетку с острыми гранями. Вместо этого они «застывают» в хаотичном состоянии. Это позволяет сохранить целостность синапсов — микроскопических контактов между нейронами, ширина которых составляет всего несколько нанометров. Если эти структуры останутся целыми, теоретически сохраняется и записанная в них информация, что делает возможным восстановление памяти после пробуждения.
Но международная группа ученых представила технологию, которая приближает нас к возможности полноценной консервации органов. Используя метод витрификации, исследователи переводят биологические жидкости в стеклообразное состояние, минуя стадию кристаллизации. Это достигается путем сверхбыстрого охлаждения тканей в сочетании со специальными защитными растворами.
Эксперименты на срезах гиппокампа мышей показали, что после оттаивания клетки не просто выживают, но и сохраняют способность к передаче электрических сигналов. Нейроны реагировали на стимулы почти так же, как в контрольных образцах, а митохондрии продолжали обеспечивать клеточный метаболизм. Работа опубликована в журнале PNAS.
Как отмечает ведущий автор работы Александр Герман: «Если функции мозга являются эмерджентным свойством его физической структуры, то как мы можем восстановить их после полной остановки?». Новое исследование доказывает, что ключевые механизмы, включая синаптическую пластичность, лежащую в основе обучения и памяти, могут быть успешно «перезапущены» после длительного пребывания в безжизненном состоянии при температуре минус 196 градусов.
Перспективы для человека
Витрификация мозга взрослых мышей.
Успех эксперимента с целым мозгом мыши открывает захватывающие перспективы для медицины будущего. Ученым удалось масштабировать метод, сохранив жизнеспособность нейронных путей даже после восьми дней пребывания органа в остекленном состоянии.
Несмотря на то что процедура требовала ювелирной настройки концентрации криопротекторов для минимизации токсичности и деформации тканей, итоговые записи активности подтвердили: мозг способен пережить технологическую «паузу».
Сейчас команда уже приступила к изучению человеческих тканей и получила обнадеживающие предварительные данные о жизнеспособности коры головного мозга человека после аналогичной заморозки. В будущем это может привести к созданию глобальных банков донорских органов, где сердца или почки будут ждать своих реципиентов годами, не теряя функциональности.
Тем не менее путь к криоконсервации всего тела млекопитающего остается трудным. Специалисты указывают на проблемы термомеханического стресса и риск появления трещин в крупных объектах при неравномерном нагреве. Прежде чем фантастика станет стандартом медицинской помощи, науке предстоит разработать еще более совершенные растворы и технологии быстрого, но бережного прогрева тканей, чтобы гарантировать полное восстановление психических функций и личности пациента. Но ученые отмечают, что это не фантастика, а очень трудная научная задача.