Itt egy kérdés, amelyre érdemes szó szerint válaszolni: mit is próbálunk tulajdonképpen elérni, amikor egy személyt megőrzünk? A válasz nem ahogy lehűtsük őket. A hideg a módszer, soha nem a cél. A cél az idő megállítása egy test számára, a biológia olyan teljességgel leállítása, hogy az egy év és tízezer év közötti különbség ne számítson. Majdnem minden más; beleértve a címsorban szereplő furcsa módon konkrét számot is; ebből az egyetlen követelményből következik.
Tehát a hasznos kérdés nem az, hogy miért olyan hideg. Hanem az: milyen hidegre kell lehűteni ahhoz, hogy a kémia megálljon? Ez a küszöb a krioprotektáns oldat üvegesedési átmenete, körülbelül -130°C. Alatta a molekuláris mozgás leáll, és a metabolizmus teljesen megszűnik, így már semmilyen kémia nem fut. A -196°C nem ez a küszöb. A folyékony nitrogén forráspontja, amely jól a lényeges vonal alatt helyezkedik el, és magától tartja magát ott.
A bomlás csak olyan kémia, amely még nem állt meg
Amikor egy test bomlásáról beszélünk, kémiai folyamatokat írunk le: enzimek, amelyek szétvágják a molekulákat, reakciók, amelyek lefutnak, mikrobák, amelyek azt teszik, amit a mikrobák szoktak. Minden ilyen folyamatnak szüksége van arra, hogy a molekulák mozogjanak és összeütközzenek. Lassítsa le a mozgást, és lelassítja a kémiát is. Elég lassúra, és; minden gyakorlati szempontból; megállítja az órát.
Van itt egy hasznos empirikus szabály. Durva közelítésként, ha a hőmérsékletet körülbelül 10°C fokkal csökkentjük, egy tipikus reakció sebessége körülbelül a felére csökken. Ez nem hangzik drámai módon, amíg egymásra nem halmozzuk ezeket a felére csökkentéseket. A testhőmérsékletről a mély hidegbe való átmenet nem kettővel vagy tízzel, hanem sok nullát tartalmazó tényezőkkel lassítja le a bomlást. Asejtes bomlás elleni versenyfutás amely a szív megállásakor kezdődik, végül egy versenyfutás arról, hogy milyen alacsonyra lehessen csökkenteni a hőmérsékletet, hogy maga a versenyfutás már ne számítson.
A jég a gonosz. Az üveg a hős.
Ön talán azt gondolná, hogy a trükk egyszerűen az, hogy valakit lefagyasszunk. Ez nem így van, és a víz az oka. A víz, ez a legmegbízhatóbb háztartási anyag, cserbenhagyja Önt abban a pillanatban, hogy megfagy: kitágul, és a növekvő jégkristályok szétmarják a sejthártyákat, szétrombolják a finom szerkezeteket. A kristályok nem az egyetlen probléma. Ahogy a tiszta víz kristályosodik, a sók és egyéb oldott anyagok a maradék folyadékban koncentrálódnak. A sejtek, amelyek ebben amindinkább tömény oldatban ülnek, vizet veszítenek, és ozmotikus károsodást szenvednek. Egyetlen kristály sem érinti őket. Valakit úgy lefagyasztani, mint egy steaket, hatékony módja lenne annak, hogy pontosan azokat a dolgokat pusztítsa el, amelyeket meg akarunk őrizni.
A megoldás erre avitrifikáció. A test vízének nagy részétkrioprotektív anyagokkal helyettesítjük, egyfajta orvosi fagyállóval, és a szövetet olyan gyorsan hűtjük le, hogy az soha ne kristályosodjon. Ehelyett üvegállapotba kerül: egy szilárd anyag, amelyben nincs jég, nincsenek éles kristályszélűek, semmi sem tágul ki és szakad szét.Vitrifikált szövetjégszilárd állapotban van a hétköznapi értelemben, amikor nagyon hideg és szilárd, de hangsúlyozottan nem a romboló, kristályképző értelemben. Ez a megkülönböztetés a teljes játék.
A szám, amely valóban számít, körülbelül -130°C.
Itt van az a rész, ami meglepő emberek számára: a hőmérséklet, amely valóban számít, egyáltalán nem -196°C. A valódi jelentőséggel bíró hőmérséklet a üvegesedési hőmérséklet, amely körülbelül -130°C, az a pont, amely alatt a vitrifikált állapot merev módon rögzül. Felette a üvegállapot lassan ellazulhat. Sőt, elkezdhet újra kristályosodni. A kristályosodás csupán a későn érkező jég megjelenése.
Tehát ha -130°C az a hőmérséklet, ahol az üvegállapot stabilizálódik, miért menni egészen -196°C-ig? Ugyanazért, amiért nem állítja be a fagyasztóját pontosan 0°C-re és reménykedik. Páratartalékot akar. A szövet tárolása 60 fokkal az üvegesedési hőmérséklet alatt tartja azt a biztonságos zónában. Ez messze van attól a hőmérséklettől, ahol az üvegállapot megpuhulhatna, vagy a jég visszajöhetne. Ez a stabilitás átalakul stabilitássá, amely nagy biztonsági tartalékkal rendelkezik a dolgok rosszra fordulása ellen, és ez az egyetlen fajta stabilitás, amelyre érdemes életet feltenni.
Miért pont -196? A természet ingyen ad nekünk egy termosztátot.
A -196°C pontos értéke nem egy bizottság döntése. Ez a hőmérséklet, amelyen a folyékony nitrogén forrni kezd, és ez a tény teszi majdnem tisztességesen praktikussá.
Egy forró folyadék tartja a hőmérsékletét. Amíg folyékony nitrogén van a tartályban, a tartalma -196°C-nál marad, semmivel sem melegebb, semmivel sem hidegebb, függetlenül attól, mit csinál a szoba. Ez egy önszabályozó termosztát mozgó alkatrészek nélkül, kompresszor nélkül, és döntő fontosságú módon elektromos függőség nélkül. A betegek és minták vákuumszigeteltdewarokban pihennek, amelyek lényegében nagyon komoly termosztartályok, amelyek lassan engedik be a hőt. A rutinszerű karbantartás csupán a lassan elpárolgó nitrogén utántöltése. Hasonlítsa ezt össze egy mechanikus fagyasztóval, amelyik azonnal meghibásodik, amint a villany elmegy. A termodinamika törvényei, a helyi hálózattal ellentétben, soha nem betegeskednek.
A nitrogén ráadásul olcsó, bőségesen rendelkezésre áll (ez a levegő legnagyobb részét teszi ki, amit most éppen maga is belélegzik), inert és nem gyúlékony. Ha abból indulna ki, hogy egy ideális hosszú távú tároló hűtőközeget kellene tervezni nulláról, akkor is nehezen találna ennél jobb anyagot, mint amit közvetlenül a légkörből kinyerhet.
A hideg ára
A folyékony nitrogénnek nincsenek mozgó alkatrészei, és ez a kényelemnek ára van. A üvegesedési hőmérséklet és -196°C között még hatvanhat foknyi lehűlés van, és a vitrifikált szilárd anyag végig összehúzódik. Addigra már törékeny, így az összehúzódás nem tud ellazulni. Ez mechanikai feszültséget épít fel, és egy küszöb felett a anyag a feszültség enyhítése érdekében megreped.
A hatás laboratóriumi körülmények között is reprodukálható. A repedések a vitrifikált krioprotektáns oldatokban követik ahőmérsékleti összehúzódást és a gyors lehűlés által keltett hőmérsékleti gradienseket egy nagy objektumon keresztül. Azok az oldatok, amelyeknek magasabb az üvegesedési hőmérsékletük, kevésbé repednek, mert kevesebb lehűlés marad, miután az anyag szilárd állapotba került.
Az egész test a nehezen kezelhető eset. A repedés általában az üvegesedési hőmérséklet alatt kezdődik. Ha a krioprotektáns perfúzió rosszul sikerült, már-90°Cnál is elkezdődhet. A repedések a láthatóaktól a mikroszkopikus szétválásokig terjednek. Egy repedés szétválasztja a szövetet egy sík mentén, ahelyett, hogy összekuszálná, így a két oldalon lévő struktúra megmarad, de minden repedés kár, amit a jövőbeli javításnak meg kell oldania.
A jelenlegi válasz a türelem. A teljes lehűlés közel egy hétig tart. Az üvegesedési hőmérsékleten való áthaladás és az alatta lévő hőmérsékletek a leglassabb rész, körülbelül egy fokot óránként, számítógépes vezérléssel. Lassabb lehűlés kisebb gradienseket jelent, és kisebb gradiensek kevesebb feszültséget.
Közbenső hőmérsékletű tárolás
A jobb válasz az, hogy korábban állítjuk le a hűtést. A Közbenső Hőmérsékletű Tárolás a páciens testét a -140°C közelében tartja, nem pedig a -196°C közelében. Ez még mindig tíz fokkal a záró átmeneti hőmérséklet alatt van, nem pedig hatvanhat fokkal, így a molekuláris mozgás leáll, semmi sem bomlik le, és sokkal kisebb összehúzódással kell megküzdenie.
A mérnöki megoldás passzív. Egy folyékony nitrogén tartály helyezkedik el a dewar alján, a páciens pedig a felette lévő hideg gőzben van, a gőz térfogatát pedig a célhőmérsékletre szabályozzák. Nincs kompresszor, és nincs függés az elektromos hálózattól, ami ugyanaz az ok, amiért a folyékony nitrogént megbízható tárolásra használják.
Az első ember méretű ITS dewar a European Biostasis Foundation svájci létesítménybe augusztusban érkezik 2026-ben. Az első feladat az, hogy megmérjék, mennyi folyékony nitrogént fogyaszt valójában, mert ez a szám határozza meg egy páciens száz évre történő tárolásának költségét. Az ITS-t csak addig kínálják a tagoknak, amíg ez a költség nem ismert.
Mi is marad meg valójában ott lent
A -196°C-n a biológiai idő gyakorlatilag megáll. Az enzimaktivitás leáll, a mikrobák nem nőnek, és a szövetek lebontásáért felelős spontán reakciók nem rendelkeznek elegendő energiával a folytatáshoz. A test, és mindenekelőtt az agy molekuláris szerkezete pontosan ott marad, ahol volt.
Ez az utolsó pont a legfontosabb. A mögöttes fogadás abiostázis mögött az, hogy az, amitéged tesz, az a fizikai szerkezetben van kódolva: az agyon belüli kapcsolatokban és mintázatokban, ami aemlékezet, identitás és az agy tárgya. Tartsa ezt a szerkezetet változatlanul, és megőrzi az információt, még akkor is, ha a technológia, amely visszaolvashatná és visszaállíthatná a működést, még nem létezik. A hideg nem varázslat. Egy szünet gomb, amit olyan erősen nyomnak meg, hogy az információnak legyen ideje a jövőre várni.
Ehhez sem tökéletes gép, sem folyamatos elektromos energiaellátás nem szükséges. Ehelyett egy üvegszerű állapotra van szükség a jég helyett, és egy olyan hőmérsékletre, amely kényelmesen a záró átmeneti hőmérséklet alatt van. Emellett egy forraló folyadékra is, amely pontosan a megfelelő értékre rögzíti magát. Ez a -196°C csendes eleganciája: ez az a hőmérséklet, amelynél egy megőrzött személy, a számunkra elérhető legszorosabb értelemben, várhat.
TL;DR: A pácienseket a -196°C közelében tárolják, mert a folyékony nitrogén természetes módon e közelében marad. A molekuláris reakciók rendkívül lelassulnak, és a tárolás nem függ folyamatos elektromos hűtéstől.
Fedezze fel ezt a gyakorlati eszközt
Használja az interaktív eszközt a cikkben szereplő kérdés feltárásához.
Az interaktív eszköz betöltése...
További olvasnivaló