V znanstvenofantastičnih delih je pogost motiv krioprezervirani popotnik skozi čas, čigar telo z zamrznitvijo ohranjajo v stanju hibernacije, v kasnejšem desetletju ali stoletju pa ga odtajajo in zbudijo, pri čemer njegove kognitivne in telesne sposobnosti ostanejo nedotaknjene.
Raziskovalci so z eksperimentiranjem s krio zamrzovanjem in odtajanjem možganskega tkiva ljudi in drugih živali, predvsem mladih vretenčarjev, že dokazali, da lahko živčne celice zamrznitev na celični ravni preživijo in po odtajanju do neke mere ostanejo delujoče. Doslej pa ni bilo mogoče dokazati, da je procese, potrebne za pravilno delovanje možganov, to so aktivnost živčnih celic, celični metabolizem in plastičnost možganov, res mogoče v celoti obnoviti.
Nemška raziskovalna skupina pa je pred kratkim predstavila metodo, s katero je mogoče možgane miši krio konzervirati in odtajati ter pri kateri se te funkcije vsaj deloma zagotovo ohranijo. Strokovnjaki v reviji Proceedings of the National Academy of Sciences poročajo o rezultatih; po njihovih ugotovitvah metoda, imenovana vitrifikacija, ki tkiva konzervira v steklastem stanju, in postopek odtajanja ohranita živa tkiva nedotaknjena.
»Če je delovanje možganov emergentna lastnost njihove fizične zgradbe, kako jih lahko obnovimo po popolni ustavitvi?« se sprašuje Alexander German, nevrolog z Univerze Erlangen-Nürnberg in vodilni avtor študije. Po njegovem rezultati nakazujejo, da bo nekoč mogoče zaščititi možgane v primeru bolezni ali hude poškodbe, ustvariti banke organov, pa tudi krioprezervirati celotna telesa sesalcev.
Popolna obnovitev možganov po zamrznitvi je težka predvsem zaradi škode, ki jo povzroča nastanek ledenih kristalov. Ti premaknejo ali poškodujejo fino nanostrukturo tkiva ter motijo ključne procese. »Poleg ledu moramo upoštevati še več dejavnikov, med drugim osmotski stres in toksičnost krioprotektantov,« pravi German.
German in njegovi kolegi so se za ohranitev možganskih funkcij zatekli k metodi krioprezervacije brez ledu, imenovani vitrifikacija. Pri vitrifikaciji tekočino ohladijo tako hitro, da molekule ostanejo v neurejenem, steklastem stanju, preden lahko oblikujejo ledene kristale. »Želeli smo videti, ali se lahko funkcije po popolni ustavitvi gibljivosti molekul iz tega steklastega stanja znova zaženejo,« pravi German.
Metodo so najprej preizkusili na 350 mikrometrov debelih rezinah možganov miši, ki so vsebovale tudi hipokampus, osrednji del možganov, odgovoren za spomin in prostorsko navigacijo. Rezine možganov so kot predobdelavo namakali v raztopini s krioprezervacijskimi kemikalijami, nato pa jih hitro ohladili s tekočim dušikom pri −196 ºC. Nato so jih v zamrzovalniku pri −150 ºC v vitrificiranem stanju hranili od deset minut do sedem dni.
Ko so rezine odtajali v toplih raztopinah, je ekipa tkiva analizirala, da bi ugotovila, ali so ohranila funkcionalno aktivnost. Mikroskopski pregledi so pokazali, da so živčne celice in sinaptične membrane ostale nedotaknjene, tudi preiskava mitohondrijske aktivnosti ni pokazala presnovnih poškodb. Analiza električne aktivnosti živčnih celic je pokazala, da so se odzivi na električne dražljaje v primerjavi s kontrolnimi celicami sicer zmerno razlikovali, vendar je bilo delovanje v osnovi blizu normalnemu. Nevronske poti hipokampusa so še naprej kazale znake sinaptične krepitve (dolgotrajne potenciacije), ki je osnova učenja in spomina. Ker pa se takšne rezine hitro razgradijo, so bila opažanja omejena le na nekaj ur.
Ekipa je nato metodo preizkusila tudi na celotnih možganih miši, organe pa so v steklastem stanju hranili pri −140 °C do osem dni. Protokol so morali večkrat spremeniti, da bi čim bolj zmanjšali krčenje možganov in strupene učinke krioprotektantov. Po odtajanju možganov so izdelali rezine, preiskave hipokampusa pa so potrdile, da so živčne poti ostale nedotaknjene in da so bile še vedno sposobne dolgotrajne potenciacije. Ker pa so tudi tokrat preučevali rezine, niso mogli raziskati, ali so se spomini živali po krioprezervaciji ohranili.
German in njegova ekipa v naslednjem koraku želita preučiti človeško možgansko tkivo. »Že imamo predhodne podatke, ki potrjujejo sposobnost preživetja tkiva človeške možganske skorje po zamrznitvi,« pravi. Ekipa preučuje tudi, kako bi vitrifikacijsko metodo lahko uporabili za krioprezervacijo celotnih organov, zlasti srca. Treba pa je poudariti, da je bil pri poskusih na miših delež uspeha pri krioprezervaciji celotnih možganov nizek in da rezultatov ni nujno mogoče neposredno uporabiti za večje človeške organe, ki zaradi same velikosti prinašajo povsem nove izzive.
