Die Kryokonservierungsverfahren (sowohl für Menschen als auch für andere biologische Materialien) werden mit der Zeit immer besser, da Wissenschaftler und Forscher neue Technologien entwickeln. Das ist schon seit den Anfängen von kryonik in den 1960er Jahren der Fall. Die bis heute wohl effektivste Umsetzung war der Wechsel vom reinen Einfrieren zur Vitrifizierung mit Kryoprotektionsperfusion.

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In diesem Artikel werfen wir einen Blick darauf, wann und wie die Vitrifikation erstmals Teil des Kryokonservierungsverfahrens wurde und wie sie sich im Laufe der Zeit entwickelt hat.

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Was ist Verglasung?

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Verglasung ist die Umwandlung einer Substanz in einen glasartigen Zustand. Auf kryonik wird dies in mehreren Schritten erreicht:

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Zunächst wird der Patient durch externe Kühlung, kardiopulmonale Unterstützung (CPS) und Medikamente stabilisiert. Dann wird dem Körper Blut entzogen und eine Art medizinisches Frostschutzmittel, eine so genannte Kryoprotektant-Lösung, in den Körper geleitet. Anschließend wird der Körper allmählich abgekühlt, bis der Patient etwa -130 °C erreicht hat. Dann hat er die so genannte Glasübergangstemperatur überschritten und ist versteinert. Anschließend wird der Patient für die Langzeitlagerung weiter auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff (-196°C) abgekühlt (oder auf etwa -140°C im Falle der Zwischenlagerung).

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Wann wurde die Vitrifikation erstmals in der Kryokonservierung eingeführt?

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In den Anfangsjahren von kryonik , in den 1960er und 1970er Jahren, war von Vitrifikation noch keine Rede. Das erste Mal wurde sie 1984 überhaupt in Erwägung gezogen, als der Kryobiologe Gregory Fahy die Vitrifikation als Ansatz für die Kryokonservierung vorschlug.

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Die Verglasung war in der Kryobiologie bereits in Fällen beobachtet worden, in denen Wasser zu schnell abkühlte, um Eiskristalle zu bilden. Eine schnelle Abkühlung kam jedoch für kryonik nicht in Frage, da sie zu einem Temperaturschock führen würde. Fahy hatte jedoch eine Idee, wie man dieses Wissen auf moderne Kryokonservierungsverfahren anwenden könnte. Er schlug vor, Kryoprotektoren zu verabreichen, die den Gefrierpunkt des Wassers im Körper auf einen Punkt unterhalb der Glasübergangstemperatur senken würden. Auf diese Weise konnte die Bildung von Eiskristallen während des gesamten Kühlprozesses minimiert werden.

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Wie sich die Vitrifikation in der Kryokonservierung im Laufe der Zeit entwickelt hat

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Es sollte nicht überraschen, dass die ersten Versuche der Kryokonservierung mit Vitrifikation zwar im Allgemeinen erfolgreich, aber nicht perfekt waren. Als die Wissenschaftler nach und nach begannen, die Auswirkungen von Kryoprotektoren und Vitrifikation auf den menschlichen Körper besser zu verstehen, passten sie ihre Methoden an. Diese Anpassung lässt sich in sechs "Generationen" zusammenfassen, die eine allmähliche Verbesserung der Kryoprotektionsqualität zeigten.

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Generation 1

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Die erste und einfachste Verglasung wurde durch die Verabreichung eines einzigen Kryoprotektivums in einer Trägerlösung durchgeführt. Dieser Ansatz erfüllte zwar seine Aufgabe, erwies sich aber als weniger hilfreich und schädlicher als erhofft.

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Generation 2

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Dann entdeckte man, dass eine weniger toxische Mischung mit einer höheren Gesamtkonzentration an Kryoprotektoren erreicht werden kann, indem man DMSO mit Amiden wie Acetamid oder Formamid kombiniert und Propylenglykol hinzufügt. Dies bildete die Grundlage für die VS41A (auch bekannt als VS55) Vitrifikationslösung, die Mitte der 1990er Jahre die fortschrittlichste Vitrifikation ermöglichte.

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Generation 3

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Weitere Forschungen von Fahy führten zu der Entdeckung, dass die Toxizität des Kryoprotektivums mit der Anzahl der Wassermoleküle pro polarer Gruppe des Kryoprotektivums korreliert. Dieses neue Wissen wurde angewandt, indem das Propylenglykol in VS41A durch Ethylenglykol ersetzt wurde, wodurch die so genannte Veg-Vitrifikationslösung entstand.

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Generation 4

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Der nächste Schritt zur Verbesserung der Qualität der Kryokonservierung war die Zugabe von Polymeren. Die Zugabe von Polymeren zu den Kryoprotektionslösungen ermöglichte eine weitere Verringerung der Toxizität, indem die Konzentration der eindringenden Kryoprotektionsmittel, die für die Verglasung erforderlich sind, reduziert wurde.

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Generation 5

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Die Zugabe spezifischer Polymere wurde in der 5. Generation der Vitrifikationsverfahren fortgesetzt, da eisblockierende Polymere die Konzentration aller für die Vitrifikation erforderlichen Kryoprotektiva noch weiter senken konnten. Die bekannteste Lösung dieser Generation ist VM3.

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Generation 6

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Die letzte wichtige Entdeckung im Zusammenhang mit der Verglasung betrifft die Schäden durch Abkühlung. Diese Art von Schäden wird durch das Durchlaufen bestimmter Temperaturbereiche unter Null verursacht, was für kryonik insgesamt problematisch ist. Die Forscher haben herausgefunden, dass diese Art der Schädigung durch eine Erhöhung des Tonizitätsgrades der nicht durchdringenden Komponenten der Vitrifikationslösungen überwunden werden kann. VM1 und M22, die Kryoprotektionsmittel, die derzeit von den großen Unternehmen für die Kryokonservierung von Menschen verwendet werden, gehören zu dieser Generation.

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Verglasung heute

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Dank der herausragenden Forschung führender Kryobiologieexperten konnte die erfolgreiche Vitrifikation inzwischen für Herzklappen, Gefäßgewebe, Knorpel, Hornhaut, menschliches Sperma und mehr nachgewiesen werden. Rote Blutkörperchen können problemlos für künftige Bluttransfusionen kryokonserviert werden, und konserviertes Sperma wird häufig für die künstliche Befruchtung verwendet.

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Darüber hinaus hat sich die Vitrifikation bei der Konservierung von Gewebeschnitten, einschließlich Gehirnschnitten, und bei der histologischen Konservierung größerer Systeme als wirksam erwiesen. Dennoch ist die Vitrifikationsforschung noch lange nicht abgeschlossen. Künftige Generationen von Kryoprotektionslösungen müssen eine Antwort auf die ihnen innewohnende Toxizität finden, neben anderen Problemen, die noch gelöst werden müssen. 

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Wenn die Toxizität aus der Gleichung gestrichen wird, könnte dies große Auswirkungen auf die Organkonservierung haben, ein weiterer Bereich, in dem die Kryokonservierung derzeit getestet wird. Auch die Wiederbelebung aus der Biostase könnte durch solche Fortschritte wesentlich erleichtert werden.

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Kryoprotektion Perfusion mit Tomorrow Bio

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Gegenwärtig verwenden Tomorrow Bio und kryonik Institute eine intern optimierte Version des VM1-Mittels, das sich in Laborversuchen als eine der am wenigsten toxischen Verglasungslösungen erwiesen hat. Es sind jedoch durchaus noch Verbesserungen möglich, und viele Wissenschaftler haben es sich heute zum Ziel gesetzt, genau diese zu finden.

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Ein Labor namens Advanced Neural Bioscience (ANB) arbeitet hart daran, effizientere Lösungen für die Kryokonservierung zu finden. Tomorrow BioDie F&E-Initiative der Europäischen Kommission gehört ebenfalls zu denjenigen, die versuchen, den Bereich kryonik voranzutreiben und Lösungen für die Hindernisse zu finden, die derzeit einer künftigen Wiederbelebung aus der Biostase im Wege stehen. 

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Dank unserer Mitglieder und der großzügigen Finanzierung durch die Tomorrow Fellows können wir nicht nur einen hochmodernen Kryokonservierungsdienst anbieten, sondern auch dazu beitragen, dessen Qualität im Laufe der Zeit zu verbessern.

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Fazit

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Die Vitrifikation hat sich bei der Kryokonservierung als äußerst wirksam erwiesen und wird dank ihrer Verwendung in anderen medizinischen Bereichen wie der Organ- und Blutkonservierung weiterhin intensiv erforscht.

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Im Laufe der Zeit und mit zunehmender Forschung werden sicherlich neue Verbesserungen entdeckt werden. Mit der Zeit könnten neue Technologien neue Verfahren ermöglichen. Wenn dies der Fall ist, wird Tomorrow Bio diese neuen Entdeckungen bewerten und sie möglicherweise in das eigene Kryokonservierungsverfahren integrieren.

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