O que é criogenia e se é possível encontrar a imortalidade em nitrogênio líquido
Formando Vida / / December 19, 2019
Demorou mais de cinquenta anos desde o dia em que o primeiro Califórnia criopreservadas corpo humano mediante arrefecimento a uma temperatura abaixo de -70 graus Celsius. Este homem era James Bedford, Professor de psicologia na Universidade da Califórnia. Bedford, um câncer em estado terminal respondeu à oferta Society Cryonics da Califórnia, que prometeu corpo congelado livre do primeiro voluntário após a sua morte. Desde então, o corpo de Bedford está em um estado de refrigerados em nitrogênio líquido na expectativa de que a ciência vai desenvolver para que ele pudesse dar-lhe outra chance na vida.
Ao longo da última vez que '51 criogenia tem evoluído significativamente e até mesmo se transformou em um negócio, e à custa das pessoas congelados aguardando a ressurreição, foi acontecendo há muitas dezenas.
Imagine que você tem uma avó favorita, que recentemente se sente muito bem. Avó pesado doença hereditária causada por uma mutação única médica conhecida. Embora o mecanismo de ocorrência e desenvolvimento da doença é conhecido por quase toda a nossa imperfeita tratá-la medicina até que saiba como. Assim, regularmente esbarrando em notícias
edição genómicoDe vacinas de DNA e o sucesso do teste de primeira CRISPR sistema / cas9, você percebe que mesmo apenas algumas 20-30 anos, e sua avó poderia ter recebido um curso curto de terapia DNA para se recuperar. No entanto, como inicialmente acordado, a avó se sente mal hoje e não em 20-30 anos você não tem nenhuma reserva.Obviamente, a forma mais lógica para fora seria a vez de alguma forma ganho, "congelamento" da doença. Por exemplo, a avó congelamento literalmente - seu corpo pode armazenar até tempos melhores no líquido azoto, com a expectativa de que no futuro qualquer doença, não importa o quão difícil pode ser, os médicos serão capazes de cura. Faça congelamento quando a vida é impossível na lei (e avó contra), mas já podemos fim de que após verificar o fato da morte, o corpo foi preservado para o futuro o mais rápido possível.
As empresas que oferecem esses serviços já existe. E não só em algum lugar os EUA, mas também, por exemplo, aqui temos em mãos, nos subúrbios. A empresa cofre "KrioRus" que está localizado em Sergiyev Posad, tem feito isso por muitos anos e por cerca de 36 mil dólares está pronto para fornecer armazenamento permanente do corpo. Se ele vai parecer caro, por ridículas 15 mil dólares podem ser salvas separadamente na cabeça ou no cérebro. Além disso, a empresa está pronta para fornecer aos seus clientes com prestações mesmo ou assinatura anual. Concordo, seria estranho não para tirar vantagem deste serviço a preços acessíveis, especialmente desde que a única alternativa neste caso - é a morte, a dissolução sepultamento e final.
No exemplo de uma avó hipotética esta decisão parece o mais lógico e simples. E muitas pessoas são confrontados com este dilema não é hipotético, mas bastante real, se atrevem a dar esse passo. Hoje, eles já respondem passa centenas de pessoas.
O problema é que nem todas as decisões que parece lógico e simples, na verdade, é verdade.
Não há garantias e reverter - que as tentativas para salvar vidas em baixas temperaturas estão condenadas ao fracasso, e estão envolvidos neste, dizem, apenas criminosos. A vida é muito mais complicado este esquema, mas, a fim de compreender de onde esta história é a fronteira entre a ciência e charlatanismo, vai demorar bastante uma longa história.
O físico Michio Kaku sucinta mas convincente explicar problemas criónicos em sua forma atual.
Há um starman esperando no céu
No verão de 1931 Rob Ettinger tinha 12 anos. Era a época do pico da Grande Depressão, e da recessão económica especialmente agudo foi sentido em Detroit, onde Rob enquanto ele viveu com sua família (a propósito, veio da Rússia). Como muitos de seus colegas, o menino gostava de ficção científica, e sua principal fonte na época eram revistas ilustradas como "incrível história» (Amazing Stories), que publicou tais clássicos como Jules Verne e HG Wells. E aqui, na edição de "Amazing Stories" para julho 1931 Rob deparei com a história de "Sputnik Jameson, "o autor de que era importante para a história do gênero, embora não bem conhecido hoje, o autor de ficção científica Neil Jones.
O enredo da história foi a seguinte: um professor Jameson (algo como Elon Musk 1930) envia seu corpo em órbita da Terra, com a expectativa de que no cosmos, na temperatura próxima do zero absoluto, torna-se um satélite independente do nosso planeta, e permanecerão intactos por tempo indeterminado (que recentemente Vimos comoApenas com um manequim em vez do corpo).
Na história do que acontece: depois de milhões de anos de pessoas de raça cyborgs mecânicos Jameson encontra o corpo em órbita, o seu cérebro reanimate, conectado a um robô "esqueleto", e um ex-professor torna-se um membro pleno da sociedade o estrangeiro futuro.
A história deixou uma impressão duradoura em Oettinger, eo pensamento da possibilidade de armazenamento indefinido do corpo em uma temperatura baixa seguiu o resto de sua vida. Alguns anos mais tarde essas experiências se sobrepõem notícias sobre o trabalho do biólogo e filósofo francês Jean Rostand, que um dos primeiros aprenderam a preservar biomateriais viáveis temperaturas abaixo de zero - o francês trabalhou com esperma rãs.
Em 1947, impressionado com suas realizações Ettinger escreveu uma história chamada A Penúltima Trump, em que a ideia de criogenia foi desenvolvido pela primeira vez no detalhe mais vívida. Na opinião de Rob, esta tecnologia deve tornar-se uma espécie de máquina do tempo unidirecional, com o qual será possível entregar pacientes terminais no futuro brilhante da medicina de alta tecnologia e, assim, garantir ilimitado longevidade pessoa.
A história foi publicada na revista de ficção científica Startling Stories, e depois de uma década e meia mais ou menos as mesmas idéias, mas em um formato não-fikshen Oettinger delineado em sua magnum opus, o livro "Perspectiva imortalidade ".
Seguido pela publicação da luta pelo reconhecimento, a sociedade da primeira apoiantes educação criogenia e, por fim, que o primeiro gelo real. Oettinger tem vivido uma vida bastante longa, tem visto altos e baixos do movimento fundado por ele e morreu apenas em 2011, com a idade de 92 anos. Como você pode imaginar, seu corpo foi congelado em nitrogênio líquido: cryonics pai tornou-se o 106º "O paciente» Cryonics Institute.
O fundador da empresa Alcor Mack Moore realiza uma turnê de seus cryostorages - a maior do mundo de hoje.
Canção sem gelo chama
As idéias de Oettinger tornou-se o núcleo do movimento, que agora é chamado transumanismo. Cryonics em que lado a lado com cyborgization, propaganda de extensão da vida radical, agora é moda biohakingom e outros cyberpunk. Dependendo do temperamento pessoal e fundos educacionais destas ideias transhumanistas pode sofrer mutação para uma forma mais ou menos radicais, que vão desde bastante realista (como o crescimentocorpos agricultores órgãos artificiais) para zaviralnye completamente (como a deslocalização de consciência para a Internet).
Conte a história de todo este movimento em um texto seria impossível, e até mesmo o aspecto muito prático de criogenia, histórias surpreendentes estabelecimento de empresas e Alcor "histórias KrioRus' e experiências de seus clientes e críticos, os escândalos com a falência ea perda de Alcor corpos" criogenia "- toda a comitiva que tem acumulado em torno dos criogenia para várias décadas, é descrito com tantos detalhes que histórias despojo dos outros seria recontar sem sentido.
Por isso, vamos para uma licença momento de lado os escândalos e intrigas, tomar congelamento serviços existência como uma realidade e Tentamos lidar com a forma como, em princípio, os objetivos nobres de criogenia são realizáveis, e usou seus métodos são adequados tarefas. Para isso é necessário mergulhar em que, o comportamento de água, células e tecidos vivos, a baixas temperaturas.
A premissa básica da existência de criogenia é o facto da temperaturas perto de zero absoluto, os processos químicos são abrandou dramaticamente, e Isso significa que, enquanto a parar por um tecido vivo, que permite fixar o estado do sistema, até o momento em que decidir que é necessário fazer.
A razoabilidade desta abordagem tem sido notado mesmo no (bom e velho) van't Hoff regra, segundo a qual "no a temperatura é baixada para cada 10 graus velocidade de reacção elementar homogénea constante diminui 4/2 vezes. " Para tecido biológico, o qual, por exemplo, arrefece-se a 37 ° C até ao ponto de azoto líquido em ebulição, isto significa que um retardo de processa pelo menos 13 ordens de magnitude (223), e a reacção da enzima, que para os sistemas biológicos são muito mais importante, a velocidade da queda será mais mais.
Se falamos só sobre a desaceleração atual de reações, especialmente do ponto de armazenamento, não há nenhum problema em criogenia não. Isto é reconhecido até mesmo seus críticos mais ferrenhos. Os problemas surgem em todos os outros lugares.
Para alcançar a temperatura do azoto líquido, o corpo deve primeiro ser arrefecida. Assim, há uma pluralidade de efeitos complexos. Por exemplo, as membranas das células perdem a sua elasticidade, como proteínas, concebidos para funcionar à temperatura ambiente, pode começar a desnaturar. E então, e mais - coisas importantes que podem anular os esforços para preservar a viabilidade das células, mas as suas pales impacto antes de o problema de cristais de gelo.
O mecanismo detalhado da água de cristalização não é tão simples como pode parecer: tem sido bem estudado para o caso de água pura (embora exista apenas uma fase no gelo conhecido 17 peças), no entanto, em adição ao H2Sobre, nos tecidos existem sais e proteínas e açúcares, e as membranas semi-permeáveis, e muitas outras coisas.
A causa de gelo é termodinamicamente favorecida a temperatura do processo cai abaixo de um determinado limiar. A presença de sais na água, o açúcar e outras substâncias podem reduzir este limiar, mas esta dependência é muito difícil, por exemplo, um sal de NaCl pode manter a água líquida exatamente a -21.4 graus Celsius, após o que um novo aumento da sua concentração, por outro lado, conduz a um forte aumento do limiar para o quarto temperatura.
Mais importante lembrar que por si só "a rentabilidade do processo" não implica a sua imediata aplicação da termodinâmica só controla a direção da reação, mas não a sua velocidade. E esta taxa é, naturalmente, a própria depende da temperatura.
O gráfico pode ser visto do ponto de congelação da solução de cloreto de sódio em água a diferentes concentrações de sal. No ponto mais baixo, a uma temperatura de -21.4 graus Celsius fracção de NaCl é de 24 por cento em peso. A concentração está expressa em unidades molares.
Vamos dar um exemplo concreto. O que normalmente acontece com framboesas que deseja congelar no inverno no congelador? Normalmente obtidos externamente bonito, bagas duras que após o descongelamento se transformar em diferentes graus mush de homogeneidade. Isto ocorre porque as células sob a forma de cristais de gelo que perturbam a integridade da membrana, e segue o conteúdo dentro do espaço extracelular. Se congelado em gaiolas de gelo apareceu, em seguida, trazer o de volta situação e salvar as células não têm chance.
Alguns defensores particularmente radicais de criogenia se acredita que pode vir em auxílio dos nanorobôs futuros distantes que serão capazes de reparação atomwise células danificadas. Essa fantasia é melhor ler o original (por exemplo, aquiA viabilidade técnica de criogenia), Constantemente comparando as declarações dos autores com a capacidade de nanorobôs da vida real (taisCellular Cargo Delivery: Toward Assistida Fertilização por Micromotores Sperm Portadores), E tirar conclusões por conta própria.
Se o aparecimento de cristais de gelo intracelulares - este julgamento instantâneo, pode ser, este processo pode ser impedido fazendo o processo de congelação mais suave? Com efeito, o espaço intra e extracelular é fortemente caracterizada pelo seu volume e estrutura, Portanto, a ocorrência de nucleação de gelo aponta significativamente mais provável é no intercelular espaço. Quando se inicia o arrefecimento do sistema (isto é, perto da temperatura de fusão) da taxa de formação de gelo é limitado o número de pontos de nucleação, de modo suficientemente lento arrefecimento com gelo vantajosamente ocorre fora, em vez de dentro células.
Esta é potencialmente uma situação muito mais favorável, mas há um "mas": o gelo não se firmou na sua estrutura quase Nenhumas impurezas, e portanto, todos os sais de Sahara meio intercelular durante a cristalização são empurrados para fora para dentro do líquido fase. Devido a isso, a pressão osmótica no tecido é aumentada dez vezes e as células são sujeitas a mumificação realmente lento em salmoura (esta é mostrada claramente em experiências onde em vez de exposição de células frias são simplesmente colocados numa solução salina cuja concentração corresponde a uma dada temperatura, - o resultado em ambos os casos perfeitamente combinar).
O gráfico abaixo - a proporção de eritrócitos mortas (níveis de hemólise) nas duas experiências. No primeiro congelamento realizado na segunda - apenas incubação em solução salina. Neste último caso, a concentração da solução corresponde à pressão osmótica no sangue congelado fase líquida obtida a partir de cálculos.
Então, por células de resfriamento lento não estão rasgadas como em rápido, mas, pelo contrário, secar. Mas isso é improvável para agradar aos adeptos de criogenia: verifica-se que, ajustando a taxa de resfriamento, é possível controlar apenas a causa da morte celular, em vez de eliminá-lo em si.
Abaixo os gráficos a sobrevivência de diferentes tipos de células em diferentes taxas de resfriamento: vê-se que, mesmo no caso de leveduras unicelulares primitivos é o óptimo de arrefecimento de taxa leva ao facto de que metade da célula é irreversivelmente perece. Este não é um problema para a levedura, em que uma única célula é suficiente para recuperar a deformação. Mas o que aconteceria se (colocando enormes esforços) alguém vai ser capaz de atingir um nível semelhante de sobrevivência celular durante a criopreservação de humano? No máximo, você tem na mão não será o cadáver, mas apenas semi-cadáveres.
O gráfico seguinte - taxa de sobrevivência após células de congelação / descongelação na amostra, dependendo da velocidade de arrefecimento. Para todas as amostras - ambas as linhas de células de leveduras e de animais - existe apenas um ponto de taxas de arrefecimento óptimas e sobrevivência em que é medida a partir de 100 por cento.
Tempo e Vidro
Acontece que, para manter as células vivas quando congelado é completamente impossível, e o trabalho de todas as empresas destes criónicos - este é fraude pura?
Quanto à segunda parte desta declaração, a maioria dos cientistas acreditam que algo como isto. Mas aqui está a primeira parte é realmente incorreta, caso contrário não haveria sentido em toda essa conversa.
Experiências sobre a conservação de células e tecidos a baixas temperaturas vivendo são mantidas, e com bastante sucesso, mas a sua os resultados reais ainda estão muito longe de estes objectivos ambiciosos que a empresa criogenia como um longo tempo atrás Decidimos.
Ele deve fazer uma distinção terminológica. Se criogenia - ele vai voltar para Ettinger a idéia de preservar os corpos humanos para o futuro revitalização e tratamento, o desenvolvimento de métodos preservação de células e de tecidos a baixa temperatura é chamada a criopreservação (criopreservação), e qualquer ciência relacionada - Criobiologia. Uma parte significativa de especialistas nesta área - que embriologistas, que estão melhorando constantemente métodos de congelamento e descongelamento do sêmen, óvulos e embriões e até mesmo os tecidos genitais.
Os cientistas estão constantemente tentando se adaptar técnicas de criopreservação existentes para corpos cada vez maiores e complexos. Já domina a vasos sanguíneos, cartilagens e córnea, experiências com animais são realizadas com os rins e ovários. Mas a transferência do corpo humano é inteiramente produzido agora - é como vender a terra em exoplanetas sistema trapistaSete temperado terrestre planetas ao redor do ultracool estrela anã próxima TRAPPIST-1: Você pode, é claro, mas não se surpreenda se você será considerado um ladino.
Como posso preservar a viabilidade das células durante o congelamento, se, como já estabelecemos, nem alto nem baixo, a taxa de arrefecimento não é capaz de impedir a formação de gelo?
A esperança é que ainda é possível, está por trás do termo "vitrificação" (do Vitrum raiz latina - "vidro").
Vitrificação ou vitrificação, envolve a obtenção de uma substância volátil num estado amorfo, caracterizado formação de cristais de gelo a baixa temperatura ainda é termodinamicamente favorável, mas não ocorre em razões cinética.
A vitrificação é possível conseguir, no caso da taxa de crescimento de cristal não é mantido o ritmo com o aumento da viscosidade que ocorre a temperaturas mais baixas. O facto de que o crescimento do cristal é necessário para o movimento das moléculas de água para a frente de crescimento do cristal e a velocidade deste processo depende da viscosidade. Se você adicionar a solução da substância, o que aumenta a viscosidade, movimento molecular será quase imparável, e com ele, e parar o crescimento de cristais. O sistema como ele congela, e atingindo mais energicamente estado favorável.
Vitrificação - não é uma varinha mágica que permite que maneira mágica para contornar a física proibições. Em termos de prática criopreservação que tem o seu lado "dark". Primeiro, ele requer uma grande Mesmo assim, enormes concentrações de crioprotetoras, - substâncias para aumentar a viscosidade do meio. Estamos a falar de tais concentrações, quando o tecido é realmente metade deste "anti-congelamento", e apenas a outra metade - a partir da água. E porque quase todas as substâncias nestas concentrações são tóxicas, os cientistas novamente confrontados com o dilema de morte ou morte de gelo do controle de gelo.
O gráfico abaixo mostra o comportamento da solução de glicerol (crioprotector historicamente primeiro) com arrefecimento lento. No diagrama de fases água Tm indica a temperatura de cristalização a uma dada concentração de glicerol, Tg - temperatura de solução de vitrificação. A seta indica a concentração de glicerol e a temperatura do sistema de fase líquida.
Pode ser visto que as ligações de refrigeração iniciais para um estado instável, onde os cristais de gelo não se formaram e a concentração de glicerol na solução restante é constante. Em seguida, a concentração começa a subir, seguindo exactamente o Tm-se até um certo ponto, a taxa de arrefecimento não avança a taxa de crescimento de cristal e o sistema não superar a vitrificação limiar Tg. Em velocidade de arrefecimento maior este inflexão ocorre antes.
Em segundo lugar, alguns atingir com sucesso a temperatura de vitrificação - o ponto em que o tecido é, na verdade, transformado em vidro.
Mais necessário e descobrir como voltar a partir deste estado volta à temperatura ambiente.
O problema é que durante o arrefecimento, flui para baixo através do limiar de vitrificação, a quantidade total de gelo limitada pela taxa de crescimento dos cristais existentes, mas a nova forma de avalanche centros de nucleação. Ao mover-se na direcção oposta, isto é, de aquecimento, estes centros já existem, e a taxa de crescimento de cristal é acelerado, enquanto cada um grau acima da temperatura de fusão.
Tudo isso leva ao fato de que a taxa de aquecimento crítico de tecido vitrificado é sempre várias ordens de magnitude (às vezes na casa das centenas de milhares de vezes) maior do que a taxa crítica de resfriamento. Portanto, nos últimos anos muita atenção nesta área é em métodos inovadores de aquecimento, não arrefecimento. Entre as opçõescriopreservação de tecido melhorado utilizando aquecimento por indução de nanopartículas magnéticas - a utilização de aquecimento por indução ou rádio entrou anteriormente no tecido das partículas ferromagnéticas.
O verdadeiro estado de coisas é melhor nesta área descreve um exemplo do trabalho de Greg Fahy - um dos mais renomados especialistas em Criobiologia (que, tanto quanto se pode ser julgado, geralmente bastante simpático às idéias de transumanismo que para os biólogos uma raridade). Grupo Fahy por vários anos tentando aprender a congelar e descongelar os rins de coelhos para que eles mantêm a sua função fisiológica.
O objetivo deste trabalho é clara: segundo as estatísticas, até 60 por cento dos corpos que podem ser usados em transplante, acabar com suas vidas no lixo - e isso apesar do fato de que as autoridades são filas para muitos milhares de pessoas. Estima-se que, se metade desses corpos tem sido utilizado para a sua finalidade, a fila para transplante por um par de anos desapareceria como um fenômeno.
O problema é que mesmo no estado refrigerado, o tempo máximo de sobrevivência de doadores de órgãos é medido em horas: 36 horas para um mais longo renal, e 4 horas para o coração e os pulmões. Durante este tempo, é muito difícil encontrar o destinatário certo e rapidamente organizar o transplante. Criação de um banco de corpos congelados poderia resolver este problema, mas a complexidade técnica desta tarefa ainda não foi superada. Por exemplo, de acordo com Fahey, mesmo uma pequena alteração no protocolo de arrefecimento pode ter um impacto dramático nos resultados, tornando a selecção de parâmetros para cada organismo é muito complexo.
Vários anos atrás, o grupo era capaz de reduzir a formação de gelo quando vitrificados um rim de coelho a 6 por cento de peso do corpo e para provar a sua viabilidade. Mas mesmo tais aparentemente pequena quantidade de gelo destrói o sistema circulatório do corpo e reduz o benefício prático de transplante em nenhum. Vale a pena apenas metade do tempo de perfusão aumento órgão, e a formação de cristais pára - mas células de rim enquanto dramaticamente deixam de suportar os efeitos tóxicos de crioprotector e perecer.
Acontece que, mesmo no caso de um corpo particular entre a vida ea morte são algumas extra de 15 minutos de perfusão, alguns sutilezas do procedimento. Você pode imaginar como delicado, complexo e longo prazo otimização seria necessário se estivéssemos a tentar fazer o mesmo com o corpo humano na sua totalidade. Não surpreendentemente, as empresas comerciais envolvidas na criogenia, preferem falar sobre o tipo de nanorobôs trabalho e singularidade tecnológica inevitável.
conclusão
Claro, se você olhar para o problema da Cryonics mais amplo, nada é impossível, em princípio, na mesma. Tardigrades, besouros Cucujidae, salamandra Sibéria e muitas rãs, estar consciente da história desta pergunta, apenas rir dos problemas humanos: eles há muito tempo aprendeu a suportar Deep Freeze sem qualquer significativa conseqüências. Alguns deles têm de fazer sozinho é sintetizada na sua cryoprotectant corpo, como glicerol ou glicose, outros decidiram gelo o problema dramaticamente - quase completamente se livrou da água em sua corpo.
Mas o que você pode fazer - a pessoa não Tardigrada. Felizmente, temos um cérebro e, portanto, em algum momento, através do desenvolvimento da tecnologia e do progresso da Criobiologia ainda pode um pouco mais perto de seu brilhante perfeição.
A julgar pelo ritmo de realizações reais, as pessoas agora vivem deste futuro brilhante não é vai pegar.
E enquanto nós estamos apenas movendo nesta direção, é melhor ser guiado pelas palavras de divulgador da ciência, o fundador da revista "The Skeptic" Michael Shermer, disse apenas sobre criogenia: "O problema nos limites estudar as possibilidades da ciência é reduzida a encontrar um equilíbrio entre, por um lado, abrindo uma nova, até a aceitação de ideias radicais, mas, por outro lado, as limitações desta abertura, de modo que seu cérebro é não cair ou perdido finalmente. "
literatura
relatórios populares na prática de criogenia
- Dentro do mundo estranho de criogenia - relatório Financial Times sobre a prática de criogenia nos Estados Unidos e na Rússia (2015/12/18).
- «imortalidade gelo"- um relatório da RBC COMPANY" KrioRus "(2014/02/19).
- «Salto em immortale"- relatório Svetlana Reuters sobre o movimento Russian Transhumanist (Lenta.ru, 2014/01/14).
trabalho científico
- Criopreservação e liofilização protocolos. Methods in Molecular Biology / Ed. por wolkers, Willem F., Oldenhof, Harriette. - Hannover: Humana Press, 2015. A orientação atual em técnicas de criopreservação, vitrificação e sublimação. parte introdutória extensa do livro descreve as bases físicas e biológicas do comportamento de tecidos durante o congelamento. A terceira edição pode ser visto aqui.
- A promessa de órgão e tecido preservação para transformar a medicina / Giva, S. Et al. - Nature Biotechnology de 2017. Visão geral dos problemas que preservam a viabilidade de órgãos em transplantes e tecnologias para resolvê-los existentes. Artigo nos permitem compreender o contexto em que o desenvolvimento da medicina poderia levar à criação de criogenia baseadas em evidências.
- As análises térmicas de um rim humano e um rim de coelho durante a criopreservação por vitrificação. EXEMPLO métodos de criopreservação de estado actual, no caso do órgão específico - uma rins. grupo de trabalho Fahy fez no rim de coelho, com extrapolação de modelagem no rim humano.