Vo vedeckej fantastike sa často objavuje motív cestovateľa v čase, ktorého telo uchovávajú zmrazené v stave hibernácie a o niekoľko desaťročí či storočí ho rozmrazia a prebudia, pričom jeho kognitívne a fyzické schopnosti zostanú neporušené.
Pri pokusoch s kryogénnym zmrazovaním a rozmrazovaním mozgového tkaniva ľudí a iných živočíchov, najmä mladých stavovcov, už vedci dokázali, že nervové bunky môžu zmrazenie prežiť a po rozmrazení si do istej miery zachovať funkčnosť. Doteraz sa však nepodarilo preukázať, že možno úplne obnoviť procesy nevyhnutné na správne fungovanie mozgu – aktivitu nervových buniek, bunkový metabolizmus a mozgovú plasticitu.
Nemecká výskumná skupina však nedávno predstavila metódu, ktorá umožňuje kryogénne uchovať a rozmraziť myšie mozgy, pričom sa tieto funkcie preukázateľne zachovajú aspoň čiastočne. Vedci o výsledkoch informujú v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences. Podľa ich zistení metóda nazývaná vitrifikácia, pri ktorej sa tkanivá uchovávajú v sklovitom stave, spolu s následným postupom rozmrazovania zachováva živé tkanivá neporušené.
„Ak je fungovanie mozgu emergentnou vlastnosťou jeho fyzickej štruktúry, ako ho môžeme obnoviť po úplnom zastavení?“ pýta sa Alexander German, neurológ z Univerzity v Erlangene a Norimbergu a hlavný autor štúdie. Výsledky podľa neho naznačujú, že jedného dňa bude možné chrániť mozog pri ochorení alebo vážnom poranení, vytvárať orgánové banky či dokonca kryokonzervovať celé telá cicavcov.
Úplnú obnovu mozgu po zmrazení sťažuje predovšetkým poškodenie spôsobené tvorbou ľadových kryštálov. Tie posúvajú alebo narúšajú jemnú nanoštruktúru tkaniva, čím zasahujú do kľúčových procesov. „Okrem ľadu musíme zohľadniť aj ďalšie faktory vrátane osmotického stresu a toxicity kryoprotektívnych látok,“ hovorí German.
Aby German a jeho kolegovia zachovali mozgové funkcie, siahli po metóde kryokonzervácie bez tvorby ľadu, takzvanej vitrifikácii. Pri nej sa kvapalina ochladí tak rýchlo, že jej molekuly zostanú v neusporiadanom, sklovitom stave skôr, než stihnú vytvoriť ľadové kryštály. „Chceli sme zistiť, či sa po úplnom zastavení pohybu molekúl dajú z tohto sklovitého stavu znovu obnoviť funkcie,“ vysvetľuje German.
Metódu najprv otestovali na rezoch myšieho mozgu s hrúbkou 350 mikrometrov, ktoré obsahovali aj hipokampus – kľúčovú oblasť mozgu zodpovednú za pamäť a priestorovú orientáciu. Rezy najskôr namočili do roztoku s chemickými látkami používanými na kryokonzerváciu a potom ich prudko ochladili kvapalným dusíkom s teplotou −196 °C. Následne ich uchovávali v sklovitom stave v mraziacom zariadení pri −150 °C počas desiatich minút až siedmich dní.
Po rozmrazení rezov v teplých roztokoch vedci analyzovali tkanivá, aby zistili, či si zachovali funkčnú aktivitu. Mikroskopické vyšetrenia ukázali, že nervové bunky aj synaptické membrány zostali neporušené, a ani skúmanie mitochondriálnej aktivity neodhalilo poškodenie metabolizmu. Analýza elektrickej aktivity nervových buniek síce ukázala mierne odchýlky v reakciách na elektrické podnety v porovnaní s kontrolnými bunkami, no ich fungovanie bolo v zásade takmer normálne. Neurónové dráhy v hipokampe naďalej vykazovali známky posilňovania synaptických spojení, teda dlhodobej potenciácie, ktorá tvorí základ učenia a pamäti. Keďže však takéto rezy rýchlo degradujú, pozorovania boli obmedzené len na niekoľko hodín.
Vedci potom metódu otestovali aj na celých myších mozgoch, ktoré uchovávali v sklovitom stave pri −140 °C najviac osem dní. Postup však museli viackrát upraviť, aby minimalizovali zmršťovanie mozgu a toxické účinky kryoprotektívnych látok. Po rozmrazení mozgov z nich pripravili rezy a vyšetrenia hipokampu potvrdili, že nervové dráhy zostali neporušené a naďalej boli schopné dlhodobej potenciácie. Keďže však aj tentoraz skúmali rezy, nemohli zistiť, či sa po kryokonzervácii zachovali spomienky zvierat.
German a jeho kolegovia chcú v ďalšom kroku skúmať ľudské mozgové tkanivo. „Už máme predbežné údaje, ktoré potvrdzujú životaschopnosť tkaniva ľudskej mozgovej kôry po zmrazení,“ hovorí. Vedci tiež skúmajú, ako možno vitrifikáciu využiť pri kryokonzervácii celých orgánov, najmä srdca. Treba však zdôrazniť, že úspešnosť kryokonzervácie celého mozgu bola pri pokusoch na myšiach nízka. Výsledky navyše nemusia byť priamo použiteľné pri väčších ľudských orgánoch, ktoré už len svojimi rozmermi prinášajú celkom nové výzvy.
