До настоящего времени технология погружения человека в длительное состояние анабиоза, в котором все жизненные функции полностью останавливаются и последующим возвратом к нормальному состоянию оставалась идеей, увидеть которую можно было разве что в фантастических фильмах. Благодаря работе отечественных специалистов в ближайшем будущем это может стать реальностью.

Предпосылкой к разработке новой технологии стала находка, совершенная в 80-ых годах прошлого столетия. В полярных льдах на глубине 3750 метров (что соответствует возрасту 400–500 тыс. лет, а в некоторых случаях – 1 млн. лет) были обнаружены жизнеспособные микроорганизмы. Ни один из известных на тот момент способов анабиоза (анабиоз высушиванием, анабиоз заморозкой, осмотический анабиоз), ни, даже, их совокупность, не могли объяснить такое явление.

Известно, что вода, находящаяся в свободном состоянии в живых клетках полностью не замерзает вплоть до температуры –196 градусов Цельсия, а присутствие даже незначительного количества жидкой воды, способствует возникновению и продолжению процессов распада, а это, в свою очередь значительно ограничивает продолжительность криоконсервации. На основании этих сведений в научном сообществе утвердилось мнение, что

хранить жизнеспособные замороженные биологические объекты длительное время возможно только при температурах не превышающих –196 градусов Цельсия.

Рис. 1.

На сегодняшний день в криомедицине применяется два основных метода погружения объектов в состояние анабиоза.

• Первый, это сверхбыстрое охлаждение, когда вода внутри клеток превращается в аморфный лед, не повреждающий клеточные мембраны, минуя стадию кристаллизации. Однако, такой метод подходит лишь для чрезвычайно малых объемов клеточной ткани и, поэтому, широкого применения не получил.
• Второй способ – применение жидких криопротекторов и их водных растворов (глицерина, пропиленгликоля и других), которые обеспечивают возникновение мелкоструктурной кристаллизации, при которой из жидкой воды образуются мельчайшие кристаллы обычного льда, не представляющие опасности для живых клеток.

Несмотря на достижения криомедицины, применение жидких криопротекторов не позволяло создать достаточно эффективную и простую методику криоконсервации относительно крупных биологических объектов, таких как целые органы животных и организма человека, оставив их при этом полностью жизнеспособными. А сохранение в замороженном состоянии организма человека полностью было лишь экзотической погребальной услугой.

Из-за неравномерного распределения криопротекторов по объему любого сложного биологического объекта, в объекте образуется фронт кристаллизации, что создающий большие перепады температур и давления, приводящих к нарушениям химического состава внутриклеточной жидкости. Эти процессы делают возвращение объекта к жизни невозможным. Также, непреодолимым пока препятствием на пути применения жидких криопротекторов стоит гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), который мешает проникать их молекулам в нейроны и клетки мозга.

Применение клатратных гидратов (в переводе с латинского clatratus значит «огороженный», «замкнутый») в качестве центров кристаллизации, когда заморозка происходит одновременно во всем объеме объекта, позволило решить вышеуказанные проблемы. Клатраты представляют собой особый тип соединений газов с водой. Они, так же как и лед имеют кристаллическую структуру, но в отличие ото льда, клатратные кристаллы менее тверды и не имеют острых граней. В структуре гидратных решеток находятся полости размером в несколько десятков нанометров в которых могут удерживаться молекулы внутриклеточных веществ. Также для клатратных гидратов ГЭБ не является препятствием – клеточные мембраны для них «прозрачны».

Рис. 2.

Группа ученых Всесоюзного научного центра хирургии, г. Москва, возглавляемая академиком АМН СССР В.В.Ковановым, еще в конце 1980-х годов теоретически обосновала применение клатратных гидратов для длительной консервации биологических объектов.

Суть метода заключается в насыщении клеток биологического объекта тяжелыми инертными газами, которые находятся составе Земной атмосферы (аргоном, криптоном, ксеноном). Помещенные в охлаждаемые барокамеры объекты в таких условиях погружаются в анабиоз. При этом применение криопротекторов вовсе не требуется.

Проведенные позднее эксперименты показали, что применение кристаллогидратов инертных газов позволяет осуществлять анабиоз в очень широком диапазоне температур, от околонулевых до ультранизких, а сами объекты сохраняют жизнеспособное состояние. Так, например, сердцу лабораторной крысы, выбранной для эксперимента и замороженной до – 196° С потребовалось чуть более трех минут с момента пересадки, чтобы восстановить свою деятельность.

В январе 2006 года в результате проведенных исследований был запатентован «Способ криоконсервации цельных органов и тканей».

На данный момент в портфеле Первого московского государственного медицинского университета имени И.М.Сеченова имеются патенты на устройства, предназначенные для длительного хранения и перевозки трансплантируемых органов.

На следующем этапе исследований ученые планируют реанимировать крысу, организм которой подвергнется замораживанию до –196°С. В ходе работ планируется разработать комплекс процедур, обеспечивающих безопасный вывод организма из состояния анабиоза, а также аппаратные и медикаментозные средства, необходимые для дальнейшей его реабилитации.

Еще одной задачей ученых станет подбор оптимальных условий проведения криоконсервации и наиболее эффективных химических компонентов кристаллогидратов.