O krok bliżej do nieśmiertelności. Bo naukowcy odmrozili kawałek myszy
Mózgi myszy wybudzone z „kriouśpienia”? Uczeni zrobili coś, co dotąd kojarzyło się głównie z fantastyką naukową. Konkretniej, przywrócili do funkcjonowania tkankę mózgową po długim mrożeniu.
Przypomnij sobie scenę z „Obcego” czy „Pasażerów”: bohater wychodzi z kapsuły kriogenicznej, otrzepuje się z lodu i po chwili funkcjonuje jak gdyby nic się nie stało. Do takiego poziomu jeszcze nam bardzo daleko, ale właśnie wydarzyło się coś, co nas w całkiem istotny sposób do tego zbliża.
Zespół z Uniwersytetu w Erlangen-Norymberdze w Niemczech zdołał zamrozić fragmenty mózgów myszy w temperaturze ciekłego azotu, a potem przywrócić im aktywność elektryczną i mechanizmy kojarzone z uczeniem się i pamięcią. Nie, nie obudzono całej myszy. Tak, to wciąż tylko cienkie plasterki tkanki. Ale jak na biologię i fizykę mózgu - to jest duża rzecz.
Czytaj też:
Co dokładnie zrobili naukowcy?
Kluczowe słowo w tej historii to witrifikacja. Zwykłe mrożenie to koszmar dla komórek: woda zamarza i tworzą się kryształki lodu, które rozrywają błony komórkowe i delikatne struktury wewnętrzne. Przy -196°C (temperatura ciekłego azotu) to totalna demolka.
Witrifikacja działa inaczej. Zamiast pozwolić wodzie przekształcić się w kryształy to schładza się tkankę tak szybko i w obecności specjalnych krioprotektantów, że powstaje coś w rodzaju „szkła biologicznego” - stan, w którym cząsteczki są zamrożone w nieuporządkowanej strukturze, bez lodu.
Niemiecki zespół wziął cienkie, około 350‑mikrometrowe skrawki mózgu myszy zawierające hipokamp - region odpowiedzialny m.in. za pamięć epizodyczną i nawigację przestrzenną. Najpierw nasączono je koktajlem krioprotektantów, potem gwałtownie schłodzono ciekłym azotem do około -196°C, a następnie przechowywano w zamrażarce w okolicach -150°C. Czas „kriouśpienia” w eksperymencie wynosił od 10 minut do 7 dni.
Potem przyszedł najważniejszy etap: kontrolowane rozmrażanie w ciepłych roztworach i sprawdzanie, czy cokolwiek jeszcze działa.
Mózg po tygodniu w -150°C: neurony nadal strzelają, a synapsy „uczą się” jak wcześniej
Błony komórkowe neuronów i synaps wyglądały zaskakująco dobrze - bez typowych śladów mechanicznego zniszczenia przez lód. Mitochondria, czyli „elektrownie” komórek, nadal wykazywały aktywność, co oznacza, że komórki nie przeszły w stan martwej, nieodwracalnie uszkodzonej tkanki.
Najciekawsze zaczęło się przy pomiarach elektrycznych. Gdy badacze pobudzali neurony to te odpowiadały impulsami w sposób zbliżony do próbek kontrolnych, które nigdy nie były zamrażane. Odpowiedzi trochę się różniły - ale to wciąż była normalna, rozpoznawalna aktywność neuronalna, a nie losowy szum.
Jeszcze ważniejszy jest hipokamp i zjawisko zwane długotrwałym wzmocnieniem synaptycznym (LTP, long‑term potentiation). To właśnie LTP uważa się za komórkową podstawę uczenia się i pamięci: gdy dwie komórki nerwowe często aktywują się razem to połączenie między nimi się wzmacnia. W zamrożonych, a potem rozmrożonych skrawkach hipokampa LTP nadal występowało. Innymi słowy - „maszyneria” odpowiedzialna za zapisywanie wspomnień nadal działała.
W tym miejscu łatwo popłynąć w nagłówki w stylu „naukowcy przywrócili do życia zamrożone mózgi”. Brzmi to efektownie, ale jest mocno na wyrost
Mówimy o cienkich plasterkach tkanki, a nie o całym mózgu, nie mówiąc już o całym organizmie. Poza tym te skrawki po rozmrożeniu funkcjonowały tylko przez kilka godzin - tyle, ile zwykle wytrzymują w warunkach laboratoryjnych. To nie jest tak, że ktoś je „obudził” i one sobie dalej żyją tygodniami.
No i krioprotektanty, które umożliwiają witrifikację, są toksyczne. W małych objętościach, jak cienkie skrawki, da się to jeszcze jakoś opanować. W przypadku dużych narządów, a tym bardziej całego ciała, toksyczność i równomierne schłodzenie oraz ogrzanie stają się gigantycznym problemem inżynieryjnym.
Sam główny autor badania przyznaje, że do długoterminowego przechowywania dużych narządów, a tym bardziej całych ssaków, brakuje nam lepszych roztworów witrifikacyjnych oraz technologii szybkiego, ale kontrolowanego chłodzenia i podgrzewania.
Jeżeli więc ktoś już widzi w tym potwierdzenie, że firmy kriogeniczne już zaraz będą wskrzeszać bogaczy z ciekłego azotu - spokojnie. Na razie mamy dowód, że przy bardzo sprzyjających warunkach da się zamrozić i odmrozić mały fragment mózgu tak, by zachował część funkcji. To dużo jak na naukę, ale mało jak na obietnice marketingowe.
Po co to wszystko, skoro nie chodzi o podróże międzygwiezdne?
Tu robi się ciekawie z perspektywy bardziej przyziemnej niż lot do Proximy Centauri. Bo nawet jeśli nigdy nie doczekamy się „kapsuł snu” rodem z filmów to sama technologia witrifikacji i bezpiecznego rozmrażania mózgu i innych narządów może mieć bardzo konkretne zastosowania.
Pierwszy oczywisty kierunek to bankowanie narządów. Dziś przeszczepy są wyścigiem z czasem - serce, nerka czy wątroba mają ograniczone „okno przydatności” poza organizmem dawcy. Gdyby dało się je witrifikować i przechowywać tygodniami czy miesiącami bez utraty funkcji to system transplantologii wyglądałby zupełnie inaczej. Mniej transportów na sygnale, więcej planowania, lepsze dopasowanie dawców i biorców.
Drugi kierunek to ochrona mózgu przed uszkodzeniem. W udarach, ciężkich urazach czy podczas skomplikowanych operacji neurochirurgicznych czas jest wszystkim. Gdyby dało się wprowadzić mózg w coś w rodzaju kontrolowanego „głębokiego chłodu”, który zatrzymuje procesy prowadzące do śmierci komórek a potem bezpiecznie go „wybudzić”, to moglibyśmy ratować znacznie więcej funkcji neurologicznych niż dziś.
Trzeci, bardziej futurystyczny, ale już poważnie dyskutowany w literaturze naukowej, to hibernacja medyczna. Nie chodzi o wieczne życie w lodówce, tylko o krótkoterminowe „zawieszenie” organizmu w sytuacjach ekstremalnych - na przykład podczas długich lotów kosmicznych w Układzie Słonecznym, gdy każdy kilogram zapasów i każdy dzień zużycia organizmu ma znaczenie. To nadal science‑fiction, ale takie, które zaczyna mieć przypisy do prac akademickich, a nie tylko do komiksów.
Co to mówi o naturze świadomości? Delikatnie zahaczamy o filozofię
W tle tego wszystkiego przewija się pytanie, które naukowcy z Erlangen zadają wprost: jeśli funkcja mózgu jest „emergentną właściwością jego fizycznej struktury” to czy da się ją odzyskać po całkowitym „wyłączeniu” tej struktury?
Eksperyment z witrifikacją i przywróceniem aktywności sugeruje, że przynajmniej część funkcji - przewodzenie impulsów, plastyczność synaptyczna - da się „zawiesić” i potem „odwiesić”, o ile struktura pozostanie nienaruszona. To nie jest jeszcze odpowiedź na pytanie o świadomość, „ja” czy pamięć autobiograficzną, ale jest to bardzo mocny argument za tym, że to co nazywamy „działającym mózgiem” jest w dużej mierze kwestią zachowania odpowiednio złożonej fizycznej architektury.
Z perspektywy entuzjasty technologii to ciekawy punkt odniesienia. W świecie, w którym rozmawiamy o backupach danych, migrowaniu systemów i wirtualnych maszynach pojawia się kusząca analogia: jeśli zachowamy „hardware” mózgu w wystarczająco dobrym stanie to być może da się kiedyś „zrestartować” także bardziej złożone funkcje niż tylko LTP w hipokampie. Na razie to tylko analogia. Ale jeszcze kilka lat temu sam pomysł, że po tygodniu w -150°C neurony będą nadal reagować na bodźce i wzmacniać synapsy też brzmiał jak science‑fiction.
