Naučnici prvi put uspeli da ožive delove mozga posle ledenog sna: „Naučna fantastika postaje naučna mogućnost“

Motiv kriohibernacije (kriogene hibernacije) ili ledenog sna dobro je poznat motiv u naučnoj fantastici. Da bi putovali kroz svemir ili vreme osobe prolaze proces dubokog zamrzavanja, a zatim se „bude“ u drugoj deceniji ili čak veku sa potpuno očuvanim mentalnim i fizičkim sposobnostima. Primera ima mnogo - „Osmi putnik“, „Razbijač“, „Međuzvezdani“, „Zvezdane staze“...

Istraživači koje zanima kriogeno zamrzavanje i odmrzavanje moždanog tkiva ljudi i drugih životinja već su pokazali da neuronsko tkivo može preživeti zamrzavanje na ćelijskom nivou i, nakon odmrzavanja, donekle i na funkcionalnom nivou. Međutim, do sada nije bilo moguće u potpunosti povratiti procese neophodne za pravilno funkcionisanje mozga – nervnu aktivnost, ćelijski metabolizam i plastičnost, piše Nature.

Tim u Nemačkoj sada je demonstrirao metodu krioprezervacije i odmrzavanje mišjih mozgova koje ostavlja deo ove funkcionalnosti netaknutim. Studija, objavljena žurnalu Proceedings of the National Academy of Sciences, detaljno opisuje korišćenje metode zvane vitrifikacija, koja čuva tkivo u staklastom stanju, zajedno sa procesom odmrzavanja koji čuva živo tkivo.

- Ako je funkcija mozga pojavno svojstvo njegove fizičke strukture, kako je možemo povratiti nakon potpunog gašenja? - pita se Aleksandar German, neurolog sa Univerziteta Erlangen-Nirnberg u Nemačkoj i vodeći autor studije.

Nalazi, kaže on, nagoveštavaju potencijal da se jednog dana zaštiti mozak tokom bolesti ili nakon teške povrede, uspostave banke organa, pa čak i postigne krioprezervacija celog tela sisara.

Unapređenje tehnike krioprezervacije

Mritundžaj Kotari, koji proučava mašinstvo na Univerzitetu Nju Hempšira u Daramu, slaže se da studija unapređuje trenutno stanje tehnike u krioprezervaciji moždanog tkiva.

- Ovakva vrsta napretka je ono što postepeno pretvara naučnu fantastiku u naučnu mogućnost - kaže on.

Međutim, dodaje, dugoročno skladištenje velikih organa ili sisara ostaju daleko izvan mogućnosti ove studije.

Glavni razlog zašto se mozak bori da se potpuno oporavi od zamrzavanja je oštećenje uzrokovano formiranjem kristala leda. Oni pomeraju ili probijaju delikatnu nanostrukturu tkiva, prekidajući ključne ćelijske procese.

- Pored leda, moramo uzeti u obzir nekoliko faktora, uključujući osmotski stres i toksičnost usled krioprotektanata - kaže German.

On i njegove kolege okrenuli su se metodi krioprezervacije bez leda, zvanoj vitrifikacija, u pokušaju da očuvaju funkciju mozga. Vitrifikacija hladi tečnosti dovoljno brzo da zarobi molekule u neorganizovanom, staklastom stanju pre nego što dobiju priliku da formiraju kristale leda.

- Želeli smo da vidimo da li funkcija može ponovo da se pokrene nakon potpunog prestanka kretanja molekula u staklastom stanju – rekao je German.

Rezovi mišjeg mozga

Prvo su testirali svoju metodu na rezovima mišjeg mozga debljine 350 mikrometara koji su uključivali hipokampus - ključno čvorište u mozgu za pamćenje i prostornu navigaciju. Rezovi mozga su prethodno tretirani rastvorom koji sadrži hemikalije za krioprezervaciju pre nego što su brzo ohlađeni pomoću tečnog azota na minus 196 stepeni. Zatim su čuvani u zamrzivaču na minus 150 stepeni u staklastom stanju u periodu od deset minuta do sedam dana.

Nakon odmrzavanja rezova mozga u toplim rastvorima, tim je analizirao tkivo kako bi video da li je zadržalo bilo kakvu funkcionalnu aktivnost. Mikroskopija je pokazala da su neuronske i sinaptičke membrane netaknute, a testovi mitohondrijalne aktivnosti nisu otkrili nikakva metabolička oštećenja. Električna snimanja neurona pokazala su da su, uprkos umerenim odstupanjima u poređenju sa kontrolnim ćelijama, odgovori neurona na električne stimulanse bili blizu normalnih.

Neuronska kola u hipokampusu i dalje su pokazivala sinaptičko jačanje ili „dugotrajnu potencijaciju” koja je osnova učenja i pamćenja. Međutim, pošto takvi rezovi tkiva prirodno degradiraju, posmatranja su bila ograničena na nekoliko sati.

Tim je proširio metodu na ceo mozak miša, držeći ga u staklastom stanju na minus 140 stepeni do osam dana. Međutim, protokol je zahtevao uzastopna prilagođavanja kako bi se minimizovalo skupljanje mozga i toksičnost krioprotektanata.

Kada su mozgovi odmrznuti, pripremljeni su rezovi mozga, a snimci iz hipokampusa potvrdili su da su neuronski putevi - uključujući puteve u hipokampusu uključene u pamćenje - preživeli i da su i dalje mogli da prođu kroz dugotrajnu potencijaciju. Međutim, pošto su snimanja vršena na rezovima moždanog tkiva, istraživači nisu mogli da izmere da li su sećanja životinja preživela krioprezervaciju.

Ljudsko moždano tkivo

German i njegov tim proširuju svoju metodu sa miševa na ljudsko moždano tkivo.

- Već imamo preliminarne podatke koji pokazuju održivost u ljudskom kortikalnom tkivu – rekao je on.

Tim takođe istražuje kako bi metoda vitrifikacije mogla da se koristi za krioprezervaciju celih organa, naročito srca.

Međutim, Kotari ističe da je stopa uspeha bila niska kod protokola za ceo mozak i da se rezultati možda neće direktno preneti na veće ljudske organe, koji nose drugačije izazove.

- Neki od ovih izazova povezani su sa ograničenjima prenosa toplote i većim termomehaničkim stresovima koji mogu izazvati pucanje – rekao je Kotari.

German dodaje da će „biti neophodni bolji rastvori za vitrifikaciju i tehnologije hlađenja i ponovnog zagrevanja pre nego što ovi principi budu mogli da se primene na velike ljudske organe“.

(Telegraf Nauka/Nature)