Криотехнологии: современные достижения и прогнозы на будущее

Природа доказала нам, что криоконсервация животных, таких как рептилии, амфибии, черви и насекомые, на самом деле возможна и позволяет им сохранить жизнь и нормально функционировать в дальнейшем. К примеру, нематодные черви, заранее обученные распознавать определенные запахи, после разморозки сохранили эту способность. Древесная лягушка (Rana Sylvatica) замерзает в блоке льда в течение зимы и оттаивает лишь следующей весной. Тем не менее, в случае человека процесс заморозки и разморозки наносит тканям существенный ущерб. Понимание принципов работы этого процесса и сведение ущерба к минимуму — вот главная задача криобиологии.

Механизм повреждения на клеточном уровне в настоящее время изучен довольно мало, однако уже известно, что его можно контролировать. Каждая инновация в этой области опирается на два аспекта: улучшенное сохранение тела во время замораживания и оптимизация его восстановления после оттаивания. Во время заморозки повреждений можно избежать, если правильно модулировать температуру, опираясь на различные типы криопротекторов. Одна из главных задач состоит в ингибировании образования льда, который потом может разрушать ткани, смещаясь и разрывая их. По этой причине, именно плавный переход к «стекловидной стадии» (витрификации) при быстром охлаждении, а не простое «замораживание», является приоритетной целью биологов.

Для изменения вязкости и защиты клеточных мембран используются простые вещества, такие как сахара и крахмалы. Химические вещества, такие как диметилсульфоксид (ДМСО), этиленгликоль, глицерин и пропандиол используются для предотвращения образования внутриклеточного льда и антифриза; а белки подавляют рост кристаллов льда и рекристаллизацию при оттаивании. Но речь тут идет не только о беспокойстве за отдельные клетки. В замороженном состоянии ткани, как правило, биологически стабильны. Биохимические реакции, в том числе и дегенерация тканей, замедляются при сверхнизких температурах до точки эффективного прекращения. Тем не менее, существует риск того, что замороженные структуры могут испытывать нарушение физической целостности, к примеру возникновение микротрещин. Кроме того, при оттаивании, колебание температуры вызывает ряд проблем. Во время этого процесса ткани тоже могут быть повреждены, но помимо этого может наступить эпигенетическое перепрограммирование — изменение работы генов под влиянием окружающей среды. Тем не менее, антиоксиданты и другие вещества могут помочь восстановлению после оттаивания и предотвратить повреждение.

Возрождение тела как единой системы тоже создает ряд проблем, поскольку все органы после пробуждения должны начать функционировать однородно. Проблемы, связанные с восстановлением притока крови к органам и тканям, хорошо известны даже на примере неотложной медицинской помощи. Но охлаждение организма и в самом деле может не только покалечить, но и спасти организм. В частности, утопленники, реанимированные спасателями, чаще всего пребывают в некоторой консервации из-за резкого воздействия холодной воды. Эта особенность привела к многолетним исследованиям, на протяжении которых медики изучали воздействие низких температур на организм человека.

Также уже начата работа по криоконсервации «простых» частей тела, к примеру пальцев рук и ног. Некоторые сложные органы (печень, почки, кишечник) тоже были криоконсервированы и разморожены с целью дальнейшей пересадки в организм животного, после этого прекрасно функционируя в новом организме. Многие достижения в области сохранения клеток касаются сектора бесплодия и постепенно формирующегося направления регенеративной медицины. Криоконсервированные клеток и простых тканей (яичек, спермы, костного мозга, стволовых клеток, роговицы, кожи) уже регулярно происходит в трансплантологии на постоянно основе. Можно заключить, что со временем развитие криогенных технологий и изучение основных принципов консервации тканей и в самом деле позволит сохранять организм человека на длительное время, что может в будущем спасти жизнь множеству тяжело больных пациентов.