Успехи в заморозке животных и тканей

Среди небольших и простейших организмов есть много видов, которые могут сами пережить глубокую заморозку до температур ниже точки замерзания, даже без какой бы то ни было специальной защиты, и некоторые виды, которым можно помочь это сделать.

Беккерель обнаружил, что некоторые микроскопические, примитивные животные, которые могут переносить обезвоживание, могут быть охлаждены после высушивания до температур, близких к абсолютному нулю, а после нагревания и увлажнения полностью восстанавливаются. (5) Поскольку вода выводится из организма до заморозки, нет никаких повреждений от формирования ледяных кристаллов.

Два японских ученых, Асахина и Аоки, работали с личинками насекомого Cnidocampa flavescens. Личинки были удалены из защитных коконов, охлаждены до –30 C° на один день, а после этого помещены в жидкий кислород при –180 C°. После нагревания, их сердца вновь начали биться, и некоторые из них дожили до следующего этапа развития «имаго»[17], хотя ни один экземпляр не дожил до взрослого состояния. (2) Ученые предположили, что период предварительного охлаждения до –30 C° на один день позволил ледяным кристаллам расти снаружи, а не внутри клеток; то есть, ледяные кристаллы формировались в межклеточном пространстве.

Большое количество защитных агентов было предложено для минимизации повреждений тканей животных при заморозке; возможно, самым успешным из них был глицерин. Первые свидетельства были представлены профессором Жаном Ростаном, работавшим со сперматозоидами лягушек; подвижность клеток сохранялась в течение нескольких дней при температуре от –4 C° до –6 C°. (94) (Точка замерзания чистой воды при обычном давлении 0 C°.) Позднее было установлено, что некоторые морозостойкие насекомые естественным образом содержат глицерин в своих телах! (110)

Другой успешно используемый защитный агент — это этиленгликоль, раствор которого был использован доктором Б. Дж. Люэтом и доктором М. К. Хартрингом при заморозке уксусных угриц (Anguillula aceti). Угрицы пережили погружение в жидкий воздух при температуре около –190 C°, при условии, что и охлаждение и нагревание были достаточно быстрыми. (110) Предположительно, этиленгликоль вызывал обезвоживание и стимулировал аморфное, а не кристаллическое состояние воды в клетках.

Моллюски на северных побережьях, подверженные действию отрицательных температур во время отлива, по-видимому, замерзают и оттаивают по два раза в день в течение недель, однако выживают. Ученые полагают, что эти организмы тоже могут вырабатывать какой-то естественный защитный агент и продолжают исследования. (110)

Обратившись к более крупным и развитым формам жизни, мы обнаружим, что и тут ученые добились значительных успехов в заморозке и оживлении клеток, тканей и даже органов. Обычно требовалось использование защитных агентов, но в некоторых случаях удавалось обходиться без них.

Сперматозоиды быков после обработки глицерином хранились при температуре –79 C° (температура твердой углекислоты или «сухого льда») в течение 7 лет и при нагревании показали высокий уровень выживаемости. Но интересно отметить, что даже при такой температуре происходит небольшое ухудшение; более низкая температура улучшает результаты. (110) Также отмечалось, вопреки опыту с уксусными угрицами, что слишком быстрая заморозка может быть вредна. (110)

Человеческие сперматозоиды без использования защитных агентов переносят сверхнизкие температуры по-разному, в зависимости от донора и клеток. В одном исследовании до 10 процентов сперматозоидов пережило пятиминутное охлаждение; результаты варьировались от донора к донору, но для одного донора выживаемость клеток была одинаковой для температуры –79 C°, –196 C° и –269 C°. (110)

Драматическое свидетельство жизнеспособности замороженной человеческой спермы было представлено в статье New York Times (Detroit Free Press) от 6 сентября 1963 года. Два ребенка были рождены женщиной, оплодотворенной спермой, хранившейся в течение двух месяцев при температуре жидкого азота. По другим сообщениям, доктору Джерому К. Шерману из Арканзасского Университета удалось хранить сперму при этой температуре в течение трех с половиной лет без потерь жизнестойкости[18].

Доктор С. У. Якоб с коллегами сообщили об охлаждении клеток коньюктивы[19] и спермы до менее чем 1 K° с сохранением жизнеспособности. (50)

Сердце куриного эмбриона после обработки раствором глицерина было охлаждено до –190 C°, и биение сердца возобновилось после нагревания. Этот эксперимент побудил доктора Д. К. С. МакДональда из Университета Оттавы, эксперта в области низкотемпературной физики, написать: «... возможно, наступит день, когда вы, при желании, сможете „пребывать в спячке“ тысячу лет или около того в жидком воздухе, а потом быть „разбуженными“ снова, чтобы увидеть, как мир изменился за это время». (65)

В случае с млекопитающими, попытки заморозки, хранения, нагрева и оживления не были полностью успешными. Однако удалось добиться множества частичных успехов и многое узнать.

Наиболее известны эксперименты доктора Одри У. Смита из Национального Института Медицинских Исследований, Милл Хилл, Лондон, работавшего с золотистыми хомячками. Эти животные были успешно оживлены, будучи наполовину заморожены. В частности, более половины воды в мозгу превратилось в лед, и тела затвердели; тем не менее, эти млекопитающие пришли в себя и вернулись к нормальному функционированию. (110) Это очень важно, поскольку в некоторой степени показывает, что интеллектуальные способности могут переживать заморозку и оттаивание.

Следует отметить, что результаты доктора Смита были достигнуты грубыми средствами: заморозка осуществлялась с помощью холодных ванн и пузырей со льдом, и при оживлении использовались только искусственное дыхание и микроволновая диатермия. Ткани не были ничем защищены, хотя уже было известно, что эффект от защитных агентов может быть значительным.

Похожие результаты были достигнуты Андьюсом и Лавлоком, которые сообщили о выздоровлении и выживании в течение длительного времени от 80 до 100 процентов замороженных крыс. (110) Доктор Дж. Р. Кеньон и его коллеги охлаждали собак до температуры, близкой к точке замерзания, с прекращением сердцебиения и кровообращения и достигли достаточно полного восстановления, когда собаки выживали в течение многих недель после эксперимента. Для предотвращения накопления вредных продуктов метаболизма использовались химические вливания. (55)

Механизм повреждений при заморозке все еще недостаточно хорошо изучен. Различные типы клеток, и даже отдельные клетки одного типа, сильно отличаются по выносливости. Различные температурные интервалы также имеют свои особенные проблемы.

Эксперименты, направленные на проверку новых теорий и новых защитных агентов и методов, ведутся активно, но в сравнительно небольших масштабах. К тому времени, когда общество заинтересуется заморозкой, прогресс значительно ускорится. Не во всех случаях можно ускорить научный прогресс, просто увеличив расходы, но в этом отдельных случаях такая возможность существует. Очевидно, что по многим направлениям исследования не ведутся просто из-за недостатка специалистов.

Среди всего прочего, необходима работа по систематическому поиску новых защитных агентов.

Даже учитывая, что работа сейчас ведется с относительно небольшой скоростью, многие ученые настроены оптимистично. Доктор А. С. Паркес, член Королевского Общества, в предисловии к книге доктора Смита пишет, что в следующем десятилетии (1961-71) «Хранение [при глубокой заморозке] целых органов для трансплантации может стать возможным...»[20] (110)

Доктор Хуан Негрин мл. (Госпиталь Ленокс Хилл, Нью-Йорк) говорил в 1961 году: «Мы уже работаем над методами приостановки жизни с помощью заморозки всего тела. Мы уже добились успеха в работе с некоторыми животными». (117) Несомненно, некоторыми успехами мы будем обязаны методу проб и ошибок. Но для того, чтобы лучше понимать будущие перспективы и сегодняшние возможности, нам нужно изучить сегодняшние представления о повреждениях при заморозке.