Il liquido antigelo medico (noto anche come crioprotettore)

Sela vitrificazione è l’obiettivo, ossia il passaggio di un corpo in uno stato stabile simile al vetro invece che alla distruzione causata dal ghiaccio, allora i crioprotettori rappresentano l’escamotage che rende fisicamente possibile tale processo. Essi sono, quasi letteralmente, un antigelo medico. E come accade per molti degli strumenti più importanti in questo ambito, presentano un compromesso significativo. L’intera procedura è strutturata intorno a esso. La sostanza che protegge il tessuto dal ghiaccio risulta tossica per il tessuto stesso se somministrata in dosi errate. Comprendere i crioprotettori significa comprendere come questa tensione venga gestita.

Perché il ghiaccio debba essere evitato, con qualsiasi mezzo

Si parta dal nemico. Quando l’acqua all’interno di un corpo congela, provoca due tipi di danni simultaneamente. Il primo è di natura meccanica: mentre i cristalli di ghiaccio crescono, schiacciando le cellule circostanti in canali sempre più stretti di liquido non congelato, deformano le delicate strutture interne. Il secondo è di natura chimica: man mano che l’acqua pura congela, tutto ciò che in essa era disciolto viene compresso nel liquido residuo, che si riduce di volume, concentrando sali e soluti fino a renderlo tossico. Uno solo di questi effetti sarebbe già grave. Insieme, rendono il congelamento ordinario un metodo affidabile per distruggere le strutture checodificano chi Lei è.

I crioprotettori esistono per assicurare che il ghiaccio non si formi affatto. Invece di congelare, il tessuto passa in uno stato vitreo, vitrificato, e la sua struttura viene preservata nei limiti consentiti dalla perfusione.

Cosa siano effettivamente i crioprotettori

Un agente crioprotettivo si comporta in modo simile all’antigelo che si aggiunge al radiatore di un’automobile: si dissolve in acqua e abbassa la temperatura alla quale tale acqua cristallizzerebbe. Le versioni di grado medico impiegate nella crionica, come glicerolo, etilenglicole, propilenglicole e dimetilsolfossido (DMSO), vengono selezionate e miscelate proprio per questo scopo. Esse appartengono a due famiglie che operano in sinergia:

• Gli agenti penetrantiattraversano la membrana cellulare e impediscono la formazione di ghiaccioall’interno della cellula.
• Gli agenti non penetrantirimangono all’esterno della cellula e impediscono la formazione di ghiaccio negli spazitra le cellule, dove tende a comparire per primo. Gli agenti penetranti attraversano la membrana cellulare e sostituiscono gran parte dell’acqua al suo interno, prevenendo la formazione di ghiaccio all’interno della cellula stessa.

Vengono utilizzati insieme per una ragione che si rivela fondamentale. Poiché gli agenti non penetranti gestiscono gli spazi più esterni, più soggetti alla formazione di ghiaccio, gli agenti penetranti non devono essere spinti a concentrazioni così elevate all’interno delle cellule. E la concentrazione, come stiamo per vedere, rappresenta l’intero problema.

Il compromesso tossicologico, che è la vera storia

Ecco la tensione che definisce l'intero campo della crioprotezione. Per vetrificare in modo affidabile, è necessario sostituire gran parte dell'acqua del corpo con crioprotettore. Tuttavia, maggiore è la concentrazione, più tossico diventa l'agente per il tessuto. Usare troppo poco e si forma ghiaccio. Usare troppo e si ottiene un danno chimico. L'arte consiste nel trovare il giusto equilibrio tra questi due estremi.

Due fatti rendono possibile questo equilibrio. In primo luogo, la tossicità dipende in modo marcato dalla temperatura: un agente che danneggerebbe il tessuto quando è caldo risulta molto meno aggressivo quando è freddo. Pertanto, i crioprotettori vengono introdotti gradualmente, a concentrazioni crescenti, mentre il corpo viene contemporaneamente raffreddato, mantenendo la tossicità bassa in ogni fase. In secondo luogo, lecombinazioni appropriate di agenti possono ridurre la tossicità totale della miscela al di sotto di quella che causerebbe un singolo agente alla sua massima concentrazione. Trovare la giusta miscela rappresenta un problema di ricerca attivo, e migliorarla costituisce uno dei fattori concreti perla qualità della futura riattivazione.

Le soluzioni stesse continuano a migliorare

Il crioprotettore utilizzato oggi non è una singola sostanza chimica, bensì un cocktail attentamente calibrato, frutto di decenni di sperimentazione. Il criobiologo Greg Fahy ha sviluppato le sue soluzioni di vetrificazione in fasi successive. Ogni versione correggeva un difetto della precedente. Le prime miscele a singolo agente hanno lasciato spazio a blend di DMSO con ammidi e glicole propilenico. Successivamente, l'etilenglicole ha sostituito i componenti più tossici. Sono poi arrivate le molecole che bloccano la formazione di ghiaccio, sopprimendo la cristallizzazione a concentrazioni inferiori. L'ultimo passo ha bilanciato i componenti non penetranti per contrastare il danno da raffreddamento. Gli agenti attualmente utilizzati per l'uomo rappresentano il risultato di questa evoluzione. Tomorrow.bio e il Cryonics Institute impiegano una versione ottimizzata di una soluzione chiamata VM1. Essa è composta da parti pressoché uguali di dimetilsolfossido ed etilenglicole. Altri fornitori utilizzano formulazioni proprietarie di propria concezione. I due approcci rappresentano diversi compromessi tra costo e documentazione. VM1 risulta molto più economica per caso. I ricercatori dispongono persino di una misura predittiva di tossicità, indicata come qv*, che aiuta a progettare miscele in grado di vetrificare in modo affidabile arrecando il minor danno possibile. Il punto è che "il crioprotettore" non è un elemento fisso, bensì un confine in movimento, e ogni miglioramento incide direttamente sulla fedeltà di una conservazione, tema centrale dil'avanzamento del settore.

Il problema aperto che nessuno nasconde

Esiste un ulteriore aspetto onesto da considerare. Alle temperature criogeniche, i crioprotettori non sono affatto tossici, poiché non avviene alcuna reazione; tutto è in uno stato di arresto. La tossicità rappresenta un problema duranteil riscaldamento. Nel percorso di ritorno verso temperature normali, gli agenti dovrebbero essere rimossi rapidamente e senza residui per evitare di danneggiare il tessuto. Riuscire a farlo in modo efficace costituisce un problema per la medicina futura che si occuperà della riattivazione. Non è qualcosa che possa essere risolto oggi. Lo affermiamo apertamente, poichéla riattivazione non è attualmente possibile e fingere il contrario sarebbe disonesto. La scommessa è che una civiltà in grado di riparare la causa originale della morte possa anche gestire un riscaldamento controllato, e che la struttura preservata le offra qualcosa di cui valga la pena occuparsi.

Questo delicato equilibrio, tra maggiore antighiaccio e minore tossicità, è esattamente il fulcro della ricerca in corso presso Tomorrow.bio e altri centri. Ogni miglioramento della miscela rappresenta un diretto progresso nella fedeltà con cui la struttura di una persona sopravvive al viaggio verso-196°C.

Ulteriori letture

• Congelamento vs vetrificazione
• Che cos'è l'ischemia e in che modo influisce sulla criopreservazione?
• Sfide tecniche per una conservazione di alta qualità
• Glossario critico