Μπορεί ο «κρυο-ύπνος» να κινείται στην σφαίρα της επιστημονικής φαντασίας, αλλά οι ερευνητές πλησιάζουν όλο και περισσότερο στην αποκατάσταση της εγκεφαλικής λειτουργίας μετά από βαθιά κατάψυξη.
Ένα οικείο μοτίβο της επιστημονικής φαντασίας είναι η βαθιά κατάψυξη του αστροναύτη: το σώμα του βρίσκεται σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες (έως -196 οC) και σε αναστολή ζωτικών λειτουργιών, για να αποψυχθεί και να αφυπνιστεί δεκαετίες ή αιώνες αργότερα, έχοντας όλες τις νοητικές και σωματικές του ικανότητες άθικτες.
Οι ερευνητές που επιχειρούν την κρυονική κατάψυξη και απόψυξη εγκεφαλικού ιστού από ανθρώπους και άλλα ζώα – κυρίως νεαρά σπονδυλωτά – έχουν ήδη δείξει ότι ο νευρωνικός ιστός μπορεί να επιβιώσει από την κατάψυξη σε κυτταρικό επίπεδο και, μετά την απόψυξη, να λειτουργήσει σε κάποιο βαθμό. Ωστόσο, δεν έχει καταστεί δυνατό να αποκατασταθούν πλήρως οι διαδικασίες που είναι απαραίτητες για την ορθή λειτουργία του εγκεφάλου – όπως η πυροδότηση των νευρώνων, ο κυτταρικός μεταβολισμός και η πλαστικότητα του εγκεφάλου.
Μια ερευνητική ομάδα στη Γερμανία έχει πλέον επιδείξει μια μέθοδο κρυοσυντήρησης και απόψυξης εγκεφάλων ποντικού, η οποία αφήνει άθικτο ένα μέρος αυτής της λειτουργικότητας. Η μελέτη, η οποία δημοσιεύθηκε στις 3 Μαρτίου στο περιοδικό Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), περιγράφει λεπτομερώς τη χρήση μιας μεθόδου που ονομάζεται υαλοποίηση (vitrification), η οποία διατηρεί τον ιστό σε μια υαλώδη κατάσταση, σε συνδυασμό με μια διαδικασία απόψυξης που διατηρεί τον ιστό ζωντανό.
«Αν η λειτουργία του εγκεφάλου είναι μια αναδυόμενη ιδιότητα της φυσικής του δομής, πώς μπορούμε να την ανακτήσουμε μετά από μια πλήρη διακοπή λειτουργίας;» αναρωτιέται ο Alexander German, νευρολόγος στο Πανεπιστήμιο Έρλανγκεν-Νυρεμβέργης στη Γερμανία και κύριος συγγραφέας της μελέτης. Τα ευρήματα, σημειώνει, δείχνουν την πιθανότητα να μπορέσουμε μια μέρα να προστατεύσουμε τον εγκέφαλο κατά τη διάρκεια ασθενειών ή μετά από σοβαρούς τραυματισμούς, να δημιουργήσουμε τράπεζες οργάνων ή ακόμη και να επιτύχουμε κρυοσυντήρηση ολόκληρου του σώματος σε θηλαστικά.
Ο Mrityunjay Kothari, ερευνητής μηχανολογίας στο Πανεπιστήμιο του Νιου Χάμσαϊρ στο Ντάραμ, συμφωνεί ότι η μελέτη προάγει την τρέχουσα τεχνογνωσία στην κρυοσυντήρηση εγκεφαλικού ιστού. «Αυτό το είδος προόδου είναι που μετατρέπει σταδιακά την επιστημονική φαντασία σε επιστημονική δυνατότητα», αναφέρει. Ωστόσο, προσθέτει ότι εφαρμογές όπως η μακροπρόθεσμη αποθήκευση μεγάλων οργάνων ή θηλαστικών παραμένουν πολύ πέρα από τις τρέχουσες δυνατότητες της μελέτης.
Συντήρηση για το μέλλον
Ο κύριος λόγος που ο εγκέφαλος δυσκολεύεται να ανακάμψει πλήρως από την κατάψυξη είναι η βλάβη που προκαλείται από τον σχηματισμό κρυστάλλων πάγου. Αυτοί εκτοπίζουν ή τρυπούν την ευαίσθητη νανοδομή του ιστού, διαταράσσοντας βασικές κυτταρικές διεργασίες. «Πέρα από τον πάγο, πρέπει να λάβουμε υπόψη αρκετές ακόμη παραμέτρους, όπως το οσμωτικό στρες και την τοξικότητα που προκαλούν τα κρυοπροστατευτικά», λέει ο German.
Ο German και οι συνεργάτες του στράφηκαν σε μια μέθοδο κρυοσυντήρησης χωρίς πάγο που ονομάζεται υαλοποίηση, σε μια προσπάθεια να διατηρήσουν τη λειτουργία του εγκεφάλου. Η υαλοποίηση ψύχει τα υγρά αρκετά γρήγορα ώστε να παγιδεύει τα μόρια σε μια ανοργάνωτη, υαλώδη κατάσταση, προτού προλάβουν να σχηματίσουν κρυστάλλους πάγου. «Θέλαμε να δούμε αν η λειτουργικότητα θα μπορούσε να επανεκκινήσει μετά την πλήρη παύση της μοριακής κινητικότητας στην υαλώδη κατάσταση», εξηγεί ο German.
Αρχικά δοκίμασαν τη μέθοδό τους σε τομές εγκεφάλου ποντικού πάχους 350 μικρομέτρων, οι οποίες περιλάμβαναν τον ιππόκαμπο – ένα βασικό κέντρο του εγκεφάλου για την μνήμη και την χωρική πλοήγηση. Οι τομές του εγκεφάλου υποβλήθηκαν σε προεπεξεργασία σε ένα διάλυμα που περιείχε χημικές ουσίες κρυοσυντήρησης, πριν ψυχθούν ταχύτατα με υγρό άζωτο στους -196 °C. Στη συνέχεια, διατηρήθηκαν σε καταψύκτη στους -150 °C σε υαλώδη κατάσταση για χρονικό διάστημα από δέκα λεπτά έως επτά ημέρες.
Μετά την απόψυξη των τομών σε θερμά διαλύματα, η ομάδα ανέλυσε τον ιστό για να διαπιστώσει αν είχε διατηρήσει κάποια λειτουργική δραστηριότητα. Η μικροσκοπία έδειξε ότι οι μεμβράνες των νευρώνων και των συνάψεων ήταν άθικτες, και οι έλεγχοι για τη μιτοχονδριακή δραστηριότητα δεν αποκάλυψαν καμία μεταβολική βλάβη. Οι ηλεκτρικές καταγραφές των νευρώνων έδειξαν ότι, παρά τις μέτριες αποκλίσεις σε σύγκριση με τα κύτταρα ελέγχου, οι αντιδράσεις των νευρώνων στα ηλεκτρικά ερεθίσματα ήταν σχεδόν φυσιολογικές.
Οι νευρωνικές οδοί του ιππόκαμπου εξακολουθούσαν να εμφανίζουν τη συναπτική ενίσχυση ή «μακρόχρονη ενδυνάμωση» που αποτελεί τη βάση της μάθησης και της μνήμης. Ωστόσο, επειδή τέτοιες φέτες αποικοδομούνται φυσικά, οι παρατηρήσεις περιορίστηκαν σε λίγες ώρες.
Η ομάδα κλιμάκωσε την μέθοδο εφαρμόζοντάς την σε ολόκληρο τον εγκέφαλο ποντικού, διατηρώντας τον σε υαλώδη κατάσταση στους -140 °C για έως και οκτώ ημέρες. Ωστόσο, το πρωτόκολλο χρειάστηκε επανειλημμένες τροποποιήσεις για να ελαχιστοποιηθεί η συρρίκνωση του εγκεφάλου και η τοξικότητα από τα κρυοπροστατευτικά.
Όταν οι εγκέφαλοι αποψύχθηκαν, προετοιμάστηκαν τομές και οι καταγραφές από τον ιππόκαμπο επιβεβαίωσαν ότι οι νευρωνικές οδοί – συμπεριλαμβανομένων αυτών του ιππόκαμπου που εμπλέκονται στη μνήμη – είχαν επιβιώσει και μπορούσαν ακόμη να υποστούν μακρόχρονη ενδυνάμωση. Ωστόσο, επειδή οι καταγραφές έγιναν χρησιμοποιώντας τομές εγκεφαλικού ιστού, οι ερευνητές δεν ήταν σε θέση να μετρήσουν εάν οι αναμνήσεις των ζώων είχαν επιβιώσει από την κρυοσυντήρηση.
Παραμένει επιστημονική φαντασία
Ο German και η ομάδα του επεκτείνουν τη μέθοδό τους από τα ποντίκια σε ανθρώπινο εγκεφαλικό ιστό. «Έχουμε ήδη προκαταρκτικά δεδομένα που δείχνουν βιωσιμότητα σε ιστό από ανθρώπινο φλοιό», αναφέρει. Η ομάδα διερευνά επίσης πώς η μέθοδος της υαλοποίησης θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την κρυοσυντήρηση ολόκληρων οργάνων, ιδιαίτερα της καρδιάς.
Ωστόσο, ο Kothari επισημαίνει ότι το ποσοστό επιτυχίας ήταν χαμηλό για ολόκληρο τον εγκέφαλο και ότι τα αποτελέσματα ενδέχεται να μην μεταφράζονται άμεσα σε μεγαλύτερα ανθρώπινα όργανα, τα οποία παρουσιάζουν άλλου είδους προκλήσεις. «Ορισμένες από αυτές τις προκλήσεις σχετίζονται με τους περιορισμούς στην μεταφορά θερμότητας και τις υψηλότερες θερμομηχανικές καταπονήσεις που μπορεί να προκαλέσουν ρωγμές», σημειώνει ο Kothari.
Ο German προσθέτει ότι «θα χρειαστούν καλύτερα διαλύματα υαλοποίησης, καθώς και τεχνολογίες ψύξης και επαναθέρμανσης, προτού αυτές οι αρχές μπορέσουν να εφαρμοστούν σε μεγάλα ανθρώπινα όργανα».
διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες: Scientists revive activity in frozen mouse brains for the first time –
https://www.scientificamerican.com/article/scientists-revive-activity-in-frozen-mouse-brains-for-the-first-time/
Κατηγορίες:ΙΑΤΡΙΚΗ
physicsgg 
Σχολιάστε