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.

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 gwałtownie i w obecności specjalnych krioprotektantów, iż powstaje coś w rodzaju „szkła biologicznego” – stan, w którym cząsteczki są zamrożone w nieuporządkowanej strukturze, bez lodu.

Witryfikacja plastrów mózgu dorosłych myszy

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 przez cały czas 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, przez cały czas wykazywały aktywność, co oznacza, iż 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 przez cały czas występowało. Innymi słowy – „maszyneria” odpowiedzialna za zapisywanie wspomnień przez cały czas 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, iż 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.

Pobudliwość komórkowa hipokampa i funkcja synaptyczna po perfuzji całego mózgu CPA, witryfikacji i wypłukaniu hiperonkotycznym

Sam główny autor badania przyznaje, iż 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, iż firmy kriogeniczne już zaraz będą wskrzeszać bogaczy z ciekłego azotu – spokojnie. Na razie mamy dowód, iż 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 choćby jeżeli 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 przez cały czas 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: jeżeli funkcja mózgu jest „emergentną adekwatnością jego fizycznej struktury” to czy da się ją odzyskać po całkowitym „wyłączeniu” tej struktury?

Eksperyment z witrifikacją i przywróceniem aktywności sugeruje, iż przynajmniej część funkcji – przewodzenie impulsów, plastyczność synaptyczna – da się „zawiesić” i potem „odwiesić”, o ile struktura pozostanie nienaruszona. To nie pozostało odpowiedź na pytanie o świadomość, „ja” czy pamięć autobiograficzną, ale jest to bardzo mocny argument za tym, iż to co nazywamy „działającym mózgiem” jest w dużej mierze kwestią zachowania odpowiednio złożonej fizycznej architektury.

Z perspektywy entuzjasty technologii to interesujący punkt odniesienia. W świecie, w którym rozmawiamy o backupach danych, migrowaniu systemów i wirtualnych maszynach pojawia się kusząca analogia: jeżeli 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, iż po tygodniu w -150°C neurony będą przez cały czas reagować na bodźce i wzmacniać synapsy też brzmiał jak science‑fiction.