Kriobiológiai szenzáció: Lefagyasztott agyszövetet élesztettek újra, ami működni kezdett

A tudományos-fantasztikus irodalom és filmgyártás évtizedek óta táplálkozik abból a vízióból, amelyben az emberi testet – vagy legalábbis az...

A tudományos-fantasztikus irodalom és filmgyártás évtizedek óta táplálkozik abból a vízióból, amelyben az emberi testet – vagy legalábbis az agyat – hibernálják, hogy aztán évszázadokkal később egy fejlettebb civilizáció épségben felébressze.

A valóságban azonban ez a folyamat eddig áthidalhatatlan akadályokba ütközött. A biológiai szövetek lefagyasztása ugyanis nem olyan egyszerű, mint egy pohár víz jéggé változtatása: a sejtjeink jelentős részét alkotó víz fagyás közben kristályosodik, tágul, és borotvaéles tűkként szurkálja szét a kényes sejtmembránokat.

Különösen igaz ez az agyra, az univerzum általunk ismert legösszetettebb struktúrájára, ahol a neuronok és szinapszisok finom hálózata a legkisebb fizikai behatásra is visszafordíthatatlanul sérül. Emiatt a felolvasztott agyszövet eddig nem volt több, mint egy funkcióját vesztett, roncsolt sejttömeg. Most azonban a németországi Erlangen-nürnbergi egyetem neurológusai olyan eredményt értek el, amely alapjaiban írhatja át a kriobiológia jövőjét.

A kutatócsoportnak sikerült megoldania azt, amit eddig lehetetlennek hittek: úgy fagyasztottak le és támasztottak fel agyszövetet, hogy az nemcsak szerkezetileg maradt ép, de a funkcionális aktivitását is visszanyerte. A megoldás kulcsa egy vitrifikációnak nevezett eljárásban rejlik. (1)

Ez a technika kikerüli a jégkristályok képződését azáltal, hogy a szövetet olyan extrém sebességgel hűti le, hogy a benne lévő folyadékoknak nincs idejük szabályos kristályszerkezetbe rendeződni. Ehelyett egy amorf, üvegszerű állapotba dermednek. Ebben a fázisban a molekuláris mozgás gyakorlatilag megáll, az idő biológiai értelemben vett múlása pedig felfüggesztődik, miközben a sejtek belső szerkezete sértetlen marad.

A kísérlet során a kutatók egerek hippocampusából – az agy tanulásért és memóriáért felelős területéről – származó vékony szeleteket használtak. A mintákat folyékony nitrogén segítségével -196 Celsius-fokra hűtötték le, és ebben az üvegszerű állapotban tárolták őket néhány perctől egészen egy hétig. Az igazi áttörést azonban a felmelegítési folyamat és az azt követő elemzés hozta meg. Amikor a kutatók aprólékos pontossággal felolvasztották a szeleteket, a mikroszkópos vizsgálatok döbbenetes eredményt mutattak: a neuronok és a szinapszisok membránjai teljesen épek maradtak.

A vizsgálat itt nem állt meg. A Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) folyóiratban közzétett tanulmány szerint a sejtek energiaközpontjai, a mitokondriumok is újra működésbe léptek, jelezve, hogy az anyagcsere folyamatok helyreálltak. Ami azonban még ennél is lenyűgözőbb, az az elektromos aktivitás mérése volt.

A kutatók apró elektródák segítségével ingerelték a neuronokat, és azt tapasztalták, hogy a sejtek szinte teljesen normálisan válaszoltak az impulzusokra. Sőt, megfigyelték a hosszú távú potenciáció (LTP) jelenségét is, ami a szinapszisok megerősödésének folyamata, és a tanulás, valamint a memóriatárolás sejtszintű alapjának tekinthető. Ez azt bizonyítja, hogy nem csupán az egyedi sejtek maradtak életben, hanem az az összetett funkcionális hálózat is, amely a kognitív folyamatokért felel.

A siker eléréséhez a kutatóknak egy rendkívül precíz kémiai "koktélt" kellett kidolgozniuk. A szöveteket krioprotektív ágensekbe (CPA) merítették, amelyeket fokozatosan adagoltak, hogy elkerüljék a sejtek ozmotikus sokkját. A felmelegítés során pedig még nagyobb sebességre volt szükség: másodpercenként 80 Celsius-fokkal növelték a hőmérsékletet egy speciális meleg oldatban, hogy megakadályozzák a jégkristályok kialakulását az üvegszerű állapotból folyékonyba való átmenet során. A folyamat végén a védővegyszereket óvatosan kimosták, ügyelve arra, hogy a sejtek ne szívják meg magukat hirtelen vízzel, ami szétrepesztené őket.

A kutatócsoport megpróbálkozott egy egész egéragy vitrifikációjával is, ami újabb kihívások elé állította őket. Itt a legnagyobb akadályt a vér-agy gát jelentette, amely természetes védelmi vonalként a vizet átengedi, de a nagy molekulájú védőanyagokat kizárja. A megoldást a vérerek szakaszos átmosása jelentette, amivel sikerült egyenletesen eloszlatni a vegyszereket a teljes szervben anélkül, hogy végzetes duzzanatot vagy kiszáradást okoztak volna.

Bár az eredmények forradalmiak, a kutatók és a szakértők óvatosságra intenek. Mrityunjay Kothari, a Nature-nek nyilatkozó kriobiológus hangsúlyozta, hogy bár ez a haladás az, ami a sci-fit lassan tudományos lehetőséggé formálja, a teljes szervek vagy emlősök hosszú távú tárolása még messze meghaladja a jelenlegi képességeinket. A kísérletben a szövetek aktivitását csak néhány órán keresztül figyelték meg, és a felolvasztott szeletek természetes módon degradálódni kezdtek az idő múlásával.

Ennek ellenére a felfedezés orvosi jelentősége már rövid távon is óriási lehet. Új utakat nyithat meg az agy védelmében súlyos sérülések vagy betegségek esetén: egy indukált, felfüggesztett állapot értékes időt nyerhetne a kezelés megkezdéséig.

Emellett lehetővé teheti donorgenerált agyszövetek vagy akár komplex szervek hosszú távú tárolását kutatási célokra és transzplantációra. Ez a tanulmány a legerősebb bizonyíték eddig arra, hogy a krioprezerváció tudománya nem csupán elmélet, hanem egy lassan, de biztosan épülő valóság, amely egy napon talán tényleg lehetővé teszi, hogy "átugorjuk" az időt. (2)

(1) - https://www.pnas.org/doi/10.1073/
(2) - https://www.dailymail.co.uk/health