Vad är cryonics och om det är möjligt att hitta odödlighet i flytande kväve

Det tog mer än femtio år sedan den dag då den första Kalifornien kryokonserveras människokroppen genom att kyla den till en temperatur under -70 grader Celsius. Denne man var James Bedford, Professor i psykologi vid University of California. Bedford, svarade en döende cancer till erbjudandet Cryonics Society of California, som lovade gratis frusna kropp av den första volontär efter hans död. Sedan dess är Bedford kropp i ett tillstånd av kyld i flytande kväve i väntan på att vetenskapen kommer att utvecklas så att han kunde ge honom en chans i livet.

Under de senaste sedan '51 cryonics har utvecklats betydligt och även förvandlas till ett företag, och på bekostnad av frysta människor som väntar på uppståndelsen har pågått under många tior.

Tänk dig att du har en favorit mormor, som nyligen känns väldigt bra. Mormor tung ärftlig sjukdom som orsakas av en välkänd medicinsk enda mutation. Även om mekanismen för uppkomst och utveckling av sjukdomen är känd för att nästan alla våra ofullkomliga behandla sin medicin tills du vet hur. Så regelbundet stöta på nyheter

genomisk redigeringAv DNA-vacciner och framgången med den första CRISPR / Cas9 systemtest, inser du att med bara några 20-30 år, och din mormor skulle ha fått en kort kurs av DNA terapi för att återhämta sig. Men som vi ursprungligen kommit överens om, farmor mår dåligt idag och ingen i 20-30 år du har ingen reserv.

Självklart skulle det mest logiska vägen ut är att på något sätt vinna tid "frysning" av sjukdomen. Till exempel, frysa mormor bokstavligen - hennes kropp kan lagra upp till bättre tider i vätskan kväve med förväntningen att i framtiden någon sjukdom, oavsett hur svårt det kan vara, läkare kommer att kunna botemedel. Gör frysa när livet är omöjligt i lag (och mormor emot), men vi kan redan ordning efter fastställa dödsfallet, har kroppen varit bevaras för framtiden så snart som möjligt.

Företag som erbjuder sådana tjänster som redan finns. Och inte bara någonstans i USA, men även till exempel, här har vi till hands, i förorterna. Företaget "KrioRus" valv som ligger i Sergiyev Posad, har gjort detta under många år och för vissa 36 tusen dollar är redo att ge permanent lagring av kroppen. Om det kommer att verka dyrt, för löjliga 15 tusen dollar kan sparas separat huvudet eller hjärnan. Dessutom är företaget redo att förse sina kunder med jämna omgångar eller årsprenumeration. Håller med, det skulle vara konstigt att inte dra nytta av denna prisvärd tjänst, särskilt eftersom det enda alternativet i detta fall - är död, begravning och sista upplösning.

I exemplet på en hypotetisk mormor detta beslut verkar det mest logiska och enkla. Och många människor står inför detta dilemma är inte hypotetisk, men ganska verklig, våga ta detta steg. Idag, de redan redogöra går på hundratals människor.

Problemet är att inte alla beslut som verkar logiskt och enkelt, i själva verket är sant.

Det finns inga garantier och omvänt - att försöken att rädda liv vid låga temperaturer är dömda att misslyckas, och är engagerade i detta, säger de bara skurkar. Livet är mycket mer komplicerat detta system, men för att förstå var den här historien är gränsen mellan vetenskap och kvacksalveri, kommer det att ta en ganska lång historia.

Fysiker Michio Kaku fattat men på ett övertygande sätt förklara cryonics problem i sin nuvarande form.

Det finns en starman väntar på himlen

Under sommaren 1931 Rob Ettinger var 12 år gammal. Det var tiden för toppen av den stora depressionen, och särskilt akut ekonomisk nedgång kändes i Detroit, där Rob medan han bodde med sin familj (förresten, kom från Ryssland). Liksom många av hans kamrater, pojken var förtjust i science fiction, och dess huvudsakliga källa vid den tidpunkten var illustrerade tidskrifter som "fantastisk historia» (Fantastiska berättelser), som publicerade klassiker som Jules Verne och HG Wells. Och här, i frågan om "Amazing Stories" för juli 1931 Rob kom över historien om "Sputnik Jameson ", författaren som var viktigt för historien om genre, men inte känt idag, författaren till science fiction Neil Jones.

Handlingen i historien var detta: en Professor Jameson (något som Elon Musk 1930) skickar din kropp in i omloppsbana runt jorden med förväntningen att i kosmos, på temperatur nära den absoluta nollpunkten, blir det en oberoende satellit- av vår planet, och kommer att förbli intakt på obestämd tid (vi nyligen Vi har sett somEndast med en dummy i stället för kroppen).

I berättelsen om vad som händer: efter miljontals år av folk-race mekaniska cyborgs Jameson finner kroppen i omloppsbana, dess hjärna reanimate blir kopplad till en robot "skelett", och en före detta professor en fullvärdig medlem av främmande samhälle framtiden.

Historien gjorde ett bestående intryck på Oettinger, och tanken på möjligheten till obegränsad lagring av kroppen vid en låg temperatur följde honom under resten av sitt liv. Några år senare dessa upplevelser lappar nyheter om arbetet i franska biologen och filosofen Jean Rostand, som en av de första lärt sig att bevara biomaterial livskraftiga minusgrader - frans arbetat med sperma grodor.

1947, imponerad av hans prestationer Ettinger skrev en berättelse som kallas den näst sista Trump, där idén om cryonics utvecklades först i den mest levande detalj. I ett yttrande från Rob, bör denna teknik blivit ett slags enkelriktad tidsmaskin, med vilken det är möjligt leverera döende patienter i den ljusa framtiden för högteknologiska medicin och därmed säkerställa obegränsad livslängd person.

Berättelsen publicerades i science fiction magazine Häpnadsväckande berättelser, och efter ett och ett halvt decennium och ungefär samma idéer, men i en icke-fikshen format Oettinger beskrivs i hans opus magnum, boken "Perspective odödlighet. "

Följt av offentliggörandet av kampen för erkännande, första supportrar utbildning cryonics samhälle och slutligen den första riktiga frysa. Oettinger har levt ett ganska långt liv har sett upp-och nedgångar av rörelsen grundades av honom och dog först 2011, vid en ålder av 92 år. Som ni kan föreställa er, var hans kropp fryst i flytande kväve: cryonics far blev 106: e "Patient» Cryonics Institute.

Företagets grundare Alcor Mack Moore genomför en rundtur i hans cryostorages - den största i världen i dag.

Song utan låga is

Oettinger idéer blev kärnan i rörelsen, som nu kallas transhumanism. Cryonics i den sida vid sida med cyborgization, propaganda radikal livsförlängning, är nu på modet biohakingom och annan cyberpunk. Beroende på personliga temperament och utbildningsbakgrund i dessa transhumanistiska idéer kan mutera till en mer eller mindre radikala former, allt från ganska realistisk (som växerjordbrukare organ artificiella organ) för att fullständigt zaviralnye (såsom omlokalisering av medvetandet till Internet).

Berätta historien om all denna rörelse i en text skulle vara omöjligt, och även mycket praktiska aspekten av cryonics, fantastiska historier etablering av företag och Alcor "KrioRus berättelser och erfarenheter av sina kunder och kritiker, skandalerna med konkurs och förlusten av Alcor kroppar" cryonics "- allt följe som har samlats runt cryonics under flera decennier, beskrivs så detaljerat som förstör andras berättelser skulle vara återberättelse meningslös.

Så låt oss för ett ögonblick bortser från skandaler och intriger, ta fryser tjänster existens som en realitet och Vi försöker att ta itu med hur man i princip ädla mål cryonics kan uppnås, och använde hennes metoder är tillräckliga uppgifter. För detta behöver vi att gräva i det, beteende vatten, celler och levande vävnad vid låga temperaturer.

Den grundläggande förutsättningen för existensen av cryonics är det faktum att vid temperaturer nära absoluta nollpunkten, är kemiska processer avtog dramatiskt, och Det betyder samtidigt att stanna för en levande vävnad, vilket gör det möjligt att åtgärda systemets tillstånd till det ögonblick när vi beslutar att det är nödvändigt göra.

Rimligheten detta tillvägagångssätt har märkts även i (gamla goda) van't Hoff regel enligt vilken "på temperaturen sänks för varje 10 grader konstant homogen reaktionshastigheten elementära minskar 2-4 tider. " För biologisk vävnad, som, till exempel, kyldes till 37 ° C till kokpunkten för flytande kväve, betyder detta en fördröjning av bearbetar minst 13 storleksordningar (223), och enzymreaktionen, vilket för biologiska system är mycket viktigare, kommer hastigheten av fallet vara mer mer.

Om vi ​​talar bara om den aktuella långsammare reaktioner, särskilt på väg att lagring, är det inga problem i cryonics inte. Detta redovisas även hennes starkaste kritiker. Problemen uppstår i alla andra ställen.

För att nå temperaturen för flytande kväve, måste kroppen först kylas. Således finns det ett flertal komplexa effekter. Exempelvis cellmembranen förlorar sin elasticitet, som proteiner, konstruerade för att arbeta vid omgivningstemperatur, kan börja att denaturera. Och sedan, och mer - viktiga saker som kan upphäva arbetet med att bevara livskraften hos cellerna, men deras slag PALES innan problemet med iskristaller.

Den detaljerade mekanismen för kristallisationsvattnet är inte så enkelt som det kan tyckas: det har studerats väl för fallet med rent vatten (även om det finns endast en fas i isen kända 17 bitar), men i tillägg till H₂Om, i vävnaderna finns salter och proteiner, och socker, och semi-permeabla membran, och många andra saker.

Orsaken av is är termodynamiskt gynnad vid processtemperaturen faller under en viss tröskel. Närvaron av salter i vatten, socker och andra substanser kan minska detta tröskelvärde, men detta beroende är för svårt: exempelvis kan ett salt av NaCl upprätthålla flytande vatten exakt till -21.4 grader Celsius, varefter en ytterligare ökning av dess koncentration, däremot, leder till en kraftig ökning av tröskeln upp till rummet temperatur.

Mer viktigt att komma ihåg att av sig själv "lönsamheten i processen" inte tolkas som ett omedelbart genomförande av termodynamik bara styr riktningen av reaktionen, men inte dess hastighet. Och den här takten är naturligtvis beror sig på temperaturen.

Diagrammet kan ses fryspunkten av natriumklorid i vattenlösning vid olika saltkoncentrationer. Vid den lägsta punkten, vid en temperatur av -21.4 grader Celsius NaCl-fraktionen är 24 viktprocent. Koncentrationen ges i molära enheter.

Låt oss ta ett konkret exempel. Vad händer oftast med hallon som du vill frysa på vintern i frysen? Vanligtvis erhålls externt vackra, hårda bär som efter upptining förvandlas till mush varierande grad av homogenitet. Detta inträffar eftersom celler i form av iskristaller som stör membranintegritet, och följer innehållet i det extracellulära utrymmet. Om frysta i is burar dök sedan föra situationen tillbaka och rädda cellerna har ingen chans.

Några särskilt radikala förespråkare för cryonics tror att det kan komma till hjälp av en avlägsen framtid nanorobotar som kommer att kunna atomwise reparera skadade celler. En sådan fantasi är bättre att läsa originalet (till exempel härDen tekniska genomförbarheten av cryonics), Ständigt jämföra uttalanden av författarna med förmåga verkliga nanorobotar (t.ex.Cellular Cargo Leverans: Toward Assisterad befruktning genom sperma bärande mikromotorer), Och dra slutsatser på egen hand.

Om förekomsten av intracellulära iskristaller - detta ögonblick dom kan det vara, kan denna process förhindras genom att göra förfarandet för frysning smidigare? Indeed, är inträ- och extracellulära utrymmet starkt präglad av sin volym och struktur, därför, förekomst av iskärnbildning pekar betydligt mer sannolikt är det i den intercellulära rymden. Vid initiering kylning av systemet (dvs., nära smälttemperaturen) av isen bildningshastigheten är begränsad antal kämbildningspunkter, så en tillräckligt långsam kylning med is sker med fördel utanför, snarare än inuti celler.

Detta är potentiellt en mycket mer gynnsam situation, men det finns ett "men": isen inte står i dess struktur nästan ingen föroreningar, och därför alla salter sahara intercellulär mediet under kristallisa skjuts ut in i vätskan fas. På grund av detta, är det osmotiska trycket i vävnaden ökade tiofaldigt och cellerna utsattes för faktiskt långsam mumifierade i saltlake (detta visas klart i experiment där i stället för exponering för kalla celler är helt enkelt placeras i en saltlösning vars koncentration motsvarar en given temperatur, - resultatet i båda fallen perfekt matcha).

Diagrammet nedan - andelen avdödade erytrocyter (hemolys nivåer) i de två experimenten. I den första frysning genomfördes i den andra - bara inkubation i saltlösning. I det senare fallet, koncentrationen av lösningen motsvarar det osmotiska trycket i den flytande fasen fryst blod erhållet på basis av beräkningar.

Så, genom långsam kylning celler inte slits som i snabb, utan tvärtom, torka upp. Men det är osannolikt att behaga anhängare av cryonics: det visar sig att genom att justera kylningshastigheten är det möjligt att styra endast orsaken celldöd, snarare än att eliminera det själv.

Nedanför grafer överlevnad olika celltyper i olika takt för kylning: kan man se att även när det gäller primitiva encelliga jäst är den optimala kylningshastigheten leder till det faktum att hälften av cellen är irreversibelt förgås. Detta är inte ett problem för jästen, i vilken en enda cell är tillräckligt för framtagning av stammen. Men vad skulle hända om (att sätta enorma ansträngningar) någon kommer att kunna uppnå en liknande nivå av cellöverlevnad vid frysförvaring av människa? Som högst har du i handen blir inte lik, men bara halv lik.

Grafen följer - överlevnadskvoten efter frys / upptinings celler i provet, beroende på kylningshastigheten. För alla prover - både jäst- och djurcellinjer - det finns endast en punkt av optimala kylningshastigheter och överlevnad i det är långt ifrån 100 procent.

Tid och Glas

Det visar sig att för att bibehålla cellerna vid liv när fryst är helt omöjligt, och arbetet med alla dessa cryonics företag - det är ren bedrägeri?

När det gäller den andra delen av detta uttalande, de flesta forskare tror något sådant. Men här är den första delen är faktiskt fel, annars skulle det inte finnas någon mening i allt detta prat.

Experiment på bevarandet av levande celler och vävnader vid låga temperaturer upprätthålls, och ganska framgångsrikt, men deras faktiska resultat är fortfarande mycket långt ifrån dessa ambitiösa mål som cryonics företag som för länge sedan Vi bestämde oss.

Det bör göra en terminologisk skillnad. Om cryonics - det går tillbaka till Ettinger idén att bevara människokroppar för framtida förnyelse och behandling, utveckling av metoder konservering av celler och vävnader vid låg temperatur kallas kryokonservering (kryokonservering), och alla relaterade vetenskap - Cryobiology. En betydande del av specialister inom detta område - det embryologer, som ständigt förbättra metoder för frysning och upptining av sperma, ägg och embryon och även köns vävnader.

Forskare försöker hela tiden att anpassa befintliga frysförvaring tekniker för allt större och komplexa organ. Redan behärskar blodkärl, brosk och hornhinnan är djurförsök genomförs med njurar och äggstockar. Men överföringen av den mänskliga kroppen är helt produceras nu - det är som att sälja den mark exoplaneter Trappist systemetSju tempererat mark planeter runt närliggande ultracool dvärgstjärnan TRAPPIST-1: Du kan naturligtvis, men bli inte förvånad om du kommer att betraktas som en skurk.

Hur kan jag bevara livskraften hos cellerna under frysning, om, som vi redan har etablerat, och inte heller hög eller låg, inte kan förhindra isbildning kylningshastigheten?

Förhoppningen är att det fortfarande är möjligt, ligger bakom begreppet "vitrifiering" (från det latinska roten Vitrum - "glas").

Förglasning eller glasering, involverar att erhålla en flyktig substans i ett amorft tillstånd, varvid bildningen av iskristaller vid låg temperatur är fortfarande termodynamiskt gynnsam, men inte inträffar vid kinetiska skäl.

Förglasning är möjligt att uppnå i fallet med kristalltillväxttakten inte hållit jämna steg med ökningen i viskositet som inträffar vid lägre temperaturer. Det faktum att kristalltillväxten är nödvändig för förflyttning av vattenmolekyler till framsidan av kristalltillväxt och hastigheten på denna process beror på viskositeten. Om du lägger i substanslösningen, vilket ökar viskositeten, kommer molekylär rörelse vara nästan omöjlig att stoppa, och med det kommer att sluta och tillväxten av kristaller. Systemet som det fryser och når mer energiskt gynnsam tillstånd.

Förglasning - inte en trollstav som gör magiskt sätt att kringgå förbuden fysik. När det gäller frysförvaring praktiken har det sin "mörka" sidan. Först krävs det en mycket stor, bara samma, stora koncentrationer av kryoskyddande - ämnen för att öka viskositeten hos mediet. Vi talar om sådana koncentrationer, när tyget är faktiskt hälften av denna "frostskyddsmedel", och bara den andra hälften - från vattnet. Och eftersom nästan alla ämnen i dessa koncentrationer är giftiga, forskare igen inför dilemmat av dödsfall eller dödsfall av is från is kontroll.

Diagrammet nedan visar beteendet av lösningen av glycerol (kryoskyddande historiskt först) med långsam kylning. I fasdiagrammet vatten Tm anger kristallisationstemperatur vid en given glycerolkoncentration, Tg - Temperatur förglasningslösning. Pilen visar koncentrationen av glycerol och temperaturen hos det vätskeformiga fasen.

Kan det ses att de initiala kylnings leder till ett instabilt tillstånd där iskristaller inte har bildats och koncentrationen av glycerol i den återstående lösningen är konstant. Då koncentrationen börjar stiga, precis efter Tm fram till en viss punkt, inte förskott kylningshastigheten kristalltillväxthastigheten och systemet övervinner inte tröskel förglasning Tg. I större kylningshastighet inträffar denna böjning tidigare.

För det andra, några med framgång uppnå förglasning temperatur - den punkt där tyget är faktiskt omvandlas till glas.

Mer behövs och räkna ut hur att återvända från detta tillstånd tillbaka till rumstemperatur.

Problemet är att under kylningen, strömmar nedåt genom glasrutor tröskeln, den totala mängden av is begränsas av hastigheten av tillväxt av existerande kristaller, men den lavin ny form kärnbildningscentra. Vid rörelse i motsatt riktning, dvs uppvärmning, dessa centra redan finns, och kristalltillväxthastigheten accelereras medan varje grad upp till smälttemperaturen.

Allt detta leder till att den kritiska uppvärmningshastigheten av förglasat vävnad är alltid flera tiopotenser (ibland i hundratusentals gånger) högre än den kritiska kylningshastigheten. Därför under de senaste åren en hel del uppmärksamhet på detta område är på innovativa metoder för uppvärmning, inte kylning. Bland alternativenFörbättrad vävnads kryokonservering med användning av induktiv uppvärmning av magnetiska nanopartiklar - användningen av induktionsuppvärmning eller radio som tidigare införts i vävnaden hos de ferromagnetiska partiklarna.

Den verkliga situationen är bäst på detta område beskriver ett exempel på arbete Greg Fahy - en av de mest kända experter på Cryobiology (vilken, såvitt kan bedömas, i allmänhet ganska förstå till idéerna av transhumanism att för biologer en sällsynthet). Fahy Group flera år försökt att lära sig att frysa och tina njurarna hos kaniner, så att de behåller sin fysiologiska funktion.

Syftet med detta arbete är klart: enligt statistiken, upp till 60 procent av de organ som kan användas i transplantation, avsluta sina liv i papperskorgen - och detta trots att myndigheterna är köerna för många tusentals människor. Det uppskattas att om hälften av dessa organ har använts för avsett ändamål skulle kö för transplantation för ett par år att försvinna som fenomen.

Problemet är att även i ett kylt tillstånd, är den maximala överlevnadstiden för donatororgan mätt i timmar: 36 timmar för en mer lång renal, och 4 timmar för hjärtat och lungorna. Under denna tid, är det mycket svårt att hitta rätt mottagare och snabbt organisera transplantation. Skapa en bank av frysta organ skulle kunna lösa detta problem, men den tekniska komplexiteten i denna uppgift har ännu inte övervunnits. Till exempel, enligt Fahey, kan även en liten förändring i protokoll kylning har en dramatisk inverkan på resultatet, vilket gör valet av parametrar för varje kropp är mycket komplex.

Flera år sedan, gruppen kunde minska isbildning när förglasat en kanin kidney till 6 procent av kroppsvikten och för att bevisa dess livskraft. Men även en sådan till synes liten mängd is förstör cirkulationssystemet i kroppen och minskar den praktiska nyttan av transplantation utan. Det är värt att bara hälften så mycket tid för att öka organ perfusion, och bildandet av kristaller slutar - men njurceller medan dramatiskt upphöra att motstå de toxiska effekterna av kryoskyddande och förgås.

Det visar sig att även i fallet med en särskild kropp mellan liv och död är några extra 15 minuters perfusion, vissa nyanser i förfarandet. Ni kan föreställa hur känslig, komplex och långsiktig optimering skulle behöva om vi skulle försöka göra samma sak med den mänskliga kroppen i sin helhet. Inte överraskande, de kommersiella företag som sysslar med cryonics, föredrar att tala om vilken typ av arbetsnanorobotar och oundvikliga teknologisk singularitet.

slutsats

Självklart, om man tittar på problemet med Cryonics bredare, är omöjligt i princip ingenting. Björndjur, skalbaggar plattbaggar, sibirisk salamander och många grodor, vara medveten om historien om denna fråga, bara skratt mänskliga problem: de för länge sedan lärt sig att tåla djupfryst utan någon betydande konsekvenser. Några av dem har att göra själv syntetiseras i kroppen kryoskyddsmedel såsom glycerol eller glukos, har andra valt att isen problemet dramatiskt - nästan helt blivit av med vattnet i hans kropp.

Men vad kan man göra - personen inte Tardigrada. Lyckligtvis har vi en hjärna, och därför i någon gång, genom utveckling av teknik och utvecklingen av Cryobiology vi fortfarande kan lite närmare henne strålande perfektion.

Att döma av takten i verkliga landvinningar, nu levande människor i denna ljusa framtid inte kommer att fånga.

Och medan vi bara flytta i denna riktning, är det bäst att styras av orden vetenskap popularizer, grundare av tidskriften "The Skeptic" Michael Shermer, sa bara om cryonics: "Problemet i studie gränser möjligheter vetenskapen reduceras till att hitta en balans mellan å ena sidan öppna upp en ny, ner till godkännande av radikala idéer, men å andra sidan, de begränsningar av denna öppenhet, så att din hjärna inte tappas eller förloras Slutligen. "

litteratur

Populära rapporter om bruket av cryonics

• Inne i konstiga värld cryonics - Financial Times rapport om bruket av cryonics i Förenta staterna och Ryssland (2015/12/18).
• «is odödlighet"- en rapport från RBC COMPANY" KrioRus "(2014/02/19).
• «Salto i immortale"- Svetlana Reuters rapport om den ryska Transhumanist rörelsen (Lenta.ru, 2014/01/14).

vetenskapligt arbete

• Kryokonservering och frystorkning protokoll. Methods in Molecular Biology / Ed. genom Wolkers, Willem F., Oldenhof, Harriette. - Hannover: Humana Press, 2015. Den nuvarande riktlinjer för frysförvaring tekniker, förglasning och sublimering. Omfattande inledningen av boken beskriver de fysiska och biologiska grunderna för uppförande av vävnader under frysning. Den tredje upplagan kan ses här.
• Löftet om organ och vävnader bevarande att omvandla medicin / Giva, S. Et al. - Nature Biotechnology, 2017. Översikt över problem bevara livskraften i organ vid transplantation och befintlig teknik för att lösa dem. Artikel tillåter oss att förstå det sammanhang i vilket utvecklingen av läkemedlet kan leda till skapandet av evidensbaserade cryonics.
• Termiska analyser av en mänsklig njure och en kanin Kidney Under Kryokonservering av Förglasning. EXEMPEL aktuella statliga frysförvaring metoder i fallet med ett specifikt organ - njurar. Arbetsgrupp Fahy göras på kanin njure, med extrapolering från modellering på den mänskliga njurar.