Немецкие ученые сделали важный шаг к созданию технологий криоконсервации сложных органов. Им удалось восстановить функциональную активность мозговой ткани после глубокой заморозки. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Долгое время главным препятствием для замораживания мозга считалось образование кристаллов льда. Когда вода внутри клеток превращается в лед, кристаллы разрушают клеточные мембраны и повреждают связи между нейронами. В результате ткань после размораживания теряет способность нормально функционировать.
Исследователи из Университета Эрлангена — Нюрнберга обошли эту проблему с помощью метода витрификации — сверхбыстрого охлаждения ткани, при котором лед не образуется. Вместо кристаллизации жидкости внутри клеток переходят в стеклообразное состояние, практически полностью останавливая молекулярные движения и сохраняя структуру ткани.
В эксперименте ученые использовали тонкие срезы гиппокампа мышей — области мозга, которая играет ключевую роль в обучении и памяти. Образцы охлаждали жидким азотом до температуры около −196 °C и хранили в таком состоянии от десяти минут до недели.
После этого ткань аккуратно размораживали. Анализ показал, что клеточные мембраны нейронов и синапсов сохранились. Кроме того, нормально работали митохондрии — структуры, обеспечивающие клетки энергией.
Самым важным результатом стало то, что нейроны вновь начали проявлять электрическую активность. Клетки реагировали на электрическую стимуляцию почти так же, как и в незамороженных образцах.
Ученые также обнаружили признаки долговременной потенциации — процесса усиления синаптических связей, который считается клеточной основой обучения и памяти. Это означает, что после заморозки сохранились не только отдельные клетки, но и некоторые элементы нейронных сетей.
Чтобы добиться такого результата, исследователи использовали специальный набор криопротекторных веществ, которые вводили в ткань постепенно, чтобы избежать повреждений. После заморозки образцы нагревали очень быстро — примерно со скоростью 80 °C в секунду, что предотвращало образование льда при размораживании.
Ученые также попытались применить технологию к целому мозгу мыши. Основной трудностью оказался гематоэнцефалический барьер — естественная защитная система мозга, которая препятствует проникновению крупных молекул. Для решения проблемы исследователи попеременно пропускали через сосуды защитные вещества и специальный раствор-переносчик.
Пока эксперименты проводились лишь на тонких срезах ткани, а наблюдения длились всего несколько часов после размораживания. Однако результаты показывают, что ключевые структуры мозга способны переживать заморозку значительно лучше, чем считалось раньше.
По словам специалистов, подобные технологии пока далеки от применения для «криосна» людей или длительного хранения целых организмов. Тем не менее исследования могут открыть новые возможности в медицине — например, для сохранения органов перед трансплантацией или защиты мозга после тяжелых травм.
«Такой прогресс постепенно превращает научную фантастику в научную возможность», — отметил специалист по криобиологии Мритьюнджай Котхари.
Ранее в мозге буддийских монахов обнаружили неожиданные изменения.