Das klassische Eintauchen in flüssigen Stickstoff ist in puncto Einfachheit nach wie vor kaum zu übertreffen. ITS muss nun beweisen, dass eine geringere thermische Belastung ein komplexeres Lagersystem rechtfertigen kann.
Seine Schwäche zeigt sich im letzten Abschnitt der Abkühlphase. Das verglastete Gewebe nimmt mechanisch glasartige Eigenschaften an und zieht sich dann weiter zusammen, während es sich der Temperatur von flüssigem Stickstoff nähert.
Bei der „Intermediate Temperature Storage“ (ITS) geht es darum, ob ein Patient bei einer höheren Temperatur sicher im glasartigen Zustand verbleiben kann, während dabei weniger thermomechanische Belastung entsteht.
Die Idee ist vielversprechend. Technisch gesehen ist das anspruchsvoller, als es der Satz „bei etwa -140 °C lagern“ vermuten lässt.
Diese Technik hat nun menschliche Ausmaße erreicht. Im August 2026 traf der erste ITS-Dewar in Menschengröße bei der EBF-Anlage ein, um dort von Tomorrow.bio getestet zu werden.
Das Problem beginnt beim Glasübergang
Eine Kryoprotektivlösung wird nicht bei einer einzigen, genau definierten Temperatur glasartig. Ihre Viskosität steigt über einen Übergangsbereich hinweg an, während die Molekülbewegung extrem langsam wird.
Die angegebene Glasübergangstemperatur (Tg) ist ein Betriebswert, der unter festgelegten Messbedingungen ermittelt wird.
Oberhalb dieses Bereichs kann sich die Spannung abbauen, da das Material auf einer relevanten Zeitskala noch fließen kann. Unterhalb dieses Bereichs verhält sich das verglaste System zunehmend wie ein spröder Festkörper.
Durch die Abkühlung kommt es dann zu einer Kontraktion. Verschiedene Gewebe, Konzentrationen von Kryoprotektiva und Stützmaterialien können sich in unterschiedlichem Maße zusammenziehen.
Auch bei einem großen Patienten entstehen räumliche Temperaturgradienten. Die Oberfläche reagiert auf die Umgebung, bevor der Kern dieselbe Temperatur erreicht.
Diese Unterschiede führen zu Spannungen. Wenn die Zugspannung die lokale Festigkeit des verglasten Materials übersteigt, kann es zu einem Bruch kommen.
Eine von Fachkollegen begutachtete thermomechanische Modellierung zeigt, dass Geometrie, Kühlverlauf und Temperaturgradienten die Spannungsverteilung in großen verglasten Proben beeinflussen.
Warum langsames Abkühlen hilft, aber nicht alle Probleme lösen kann
Eine langsame, gleichmäßige Abkühlung verringert Temperaturunterschiede im Körper des Patienten. Eine Haltephase in der Nähe des Übergangsbereichs gibt den Spannungen Zeit, sich vor der weiteren Abkühlung abzubauen.
Deshalb nutzt „ Tomorrow.bio “ in den letzten Phasen der Ganzkörper-Abkühlung eine kontrollierte Bewegungsbahn.
Die Abkühlgeschwindigkeit ist nicht die einzige Variable. Durch die Wechselwirkungen zwischen Gewebe, Behälteroberflächen und Stützstrukturen können dennoch Spannungen entstehen, da sich die Materialien unterschiedlich zusammenziehen.
Auch die Geometrie im menschlichen Maßstab spielt eine Rolle. Man kann nicht davon ausgehen, dass ein Protokoll, das bei einer kleinen Probenlösung Frakturen vermeidet, dies auch im gesamten Körper tut.
Jüngste experimentelle Untersuchungen bestätigen, dass das Bruchverhalten nicht nur von der Endtemperatur abhängt, sondern auch stark von der Tg und den Materialeigenschaften des Kryoprotektivums.
ITS reduziert also einen wichtigen Einflussfaktor, indem es den Abfall unterhalb der Tg verkürzt. Das beweist aber nicht, dass jede Ursache für Risse verschwunden ist.
Die ITS-Temperatur ist ein Bereich, kein Slogan
„Etwa -140 °C“ ist ein nützlicher Anhaltspunkt. Es handelt sich dabei nicht um einen allgemeingültigen Sollwert für jeden Patienten und jede Kryoprotektivum-Formulierung.
Die Obergrenze muss ausreichend unterhalb des betreffenden Übergangsbereichs liegen, damit das gesamte geschützte Gewebe trotz Gradienten, Sensorunsicherheiten und Regelabweichungen glasartig bleibt.
Die Untergrenze spiegelt die zusätzliche Schrumpfung und Belastung wider, die ITS verhindern soll.
Ein vertretbarer Betriebsbereich muss die Konzentration des Kryoprotektivums berücksichtigen. Schlecht durchblutete Bereiche können einen anderen thermischen Zustand aufweisen als gut geschützte Bereiche.
Außerdem muss der Messort berücksichtigt werden. Ein Sensor misst seine eigene Temperatur, nicht die Temperatur an jedem Punkt im menschlichen Körper.
Das Konstruktionsproblem ist also räumlicher Natur: Man muss dafür sorgen, dass der wärmste relevante Punkt kühl genug bleibt und der kälteste relevante Punkt nicht unnötig abkühlt.
Warum gewöhnlicher Stickstoffdampf nicht ausreicht
Der Raum über flüssigem Stickstoff ist kalt, aber von Natur aus nicht isotherm.
Das Gas nahe der Flüssigkeitsoberfläche ist kälter als das Gas nahe dem Deckel. Wärme dringt durch den Hals und die Wände ein und erzeugt vertikale und radiale Temperaturgradienten.
Wenn man einen Patienten einfach irgendwo über der Flüssigkeit aufhängen würde, würde das keine definierte Speichertemperatur für den gesamten Körper erzeugen.
Ein ITS-System benötigt eine interne thermische Architektur, die diese Temperaturgradienten ausgleicht und den Wärmefluss um den Patienten herum steuert.
In der Fachliteratur beschriebene ITS-Konzepte nutzen Kombinationen aus leitfähigen Auskleidungen, isolierten Patientenkammern, Stickstoffdampf und kontrollierter elektrischer Beheizung.
Die Heizung klingt zunächst widersprüchlich. Ihr Zweck ist nicht, Kälte zu erzeugen, sondern einen mit Stickstoff gekühlten Raum auf einer stabilen Temperatur zu halten, die höher ist als die der umgebenden kryogenen Kühlquelle.
Ein Steuerungsproblem, mehrere mögliche Architekturen
Ein ITS-Gerät kann flüssigen Stickstoff als Kältespeicher nutzen und gleichzeitig die Temperatur des Patienten im darüber liegenden Dampfraum regeln.
Bei einem anderen Aufbau lässt sich die effektive Kühlleistung regulieren, indem gesteuert wird, wie stark die Speicherkammer mit diesem Reservoir gekoppelt ist.
Lüfter, leitfähige Strukturen oder eine kontrollierte Gaszirkulation können die Gleichmäßigkeit verbessern. Jede Komponente verändert die Wärmeflüsse und Ausfallarten des Behälters.
Die genaue Architektur ist wichtiger als die Bezeichnung „ITS“. Zwei Behälter mit demselben Nenn-Sollwert können sehr unterschiedliche Steigungen, Reserven und Fehlungsverhalten aufweisen.
Brian Wowks technischer Überblick über ITS-Systeme erläutert frühe Konstruktionen mit leitfähiger Auskleidung und Dampfsperre.
Diese Prototypen veranschaulichen physikalische Ansätze. Ihre Leistungsfähigkeit und Haltezeiten sollten nicht auf neuere Ganzkörpersysteme verallgemeinert werden.
Der Regelkreis muss den Patienten als Ganzes erfassen
Ein Regler vergleicht die gemessene Temperatur mit einem Sollwert und passt dann die Heizungen, den Stickstoffdurchfluss oder ein anderes Stellglied an.
Ein Sensor reicht für ein Objekt in Menschengröße nicht aus. Er könnte einen stabilen Wert anzeigen, während ein anderer Bereich außerhalb des vorgesehenen Bereichs liegt.
Die Validierung sollte daher die Temperaturen in verschiedenen Höhen, an radialen Positionen und an repräsentativen Stellen im Inneren während des stationären Betriebs und bei Übergangsphasen erfassen.
Bei der Platzierung der Sensoren muss zwischen Luft- oder Dampftemperatur und Patiententemperatur unterschieden werden. Diese beiden Werte können während der Kühlung, bei Störungen und während der Erholungsphase voneinander abweichen.
Auch die Regelstabilität spielt eine Rolle. Ein System, das wiederholt überschwingt und korrigiert, kann zu Temperaturwechselbeanspruchungen führen, selbst wenn sein Langzeitdurchschnitt akzeptabel erscheint.
Das nützliche Ergebnis ist nicht eine übersichtliche Sollwertanzeige. Es ist eine dargestellte Hüllkurve über den gespeicherten Bereich unter realistischen Lastbedingungen.
ITS verändert den Verlauf des Versagens
In einem klassischen Tauch-Dewar hält eine ausreichende Flüssigkeitsmenge den Patienten ohne aktive Temperaturregelung nahe der Siedetemperatur von Stickstoff.
ITS umfasst Sensoren, Steuerungslogik, Aktoren und elektrische Systeme. Diese Komponenten verbessern die Temperaturregelung im Normalbetrieb, erhöhen aber gleichzeitig das Risiko, dass der Normalbetrieb ausfällt.
Ein sicheres Design sollte schrittweise und sichtbar versagen. Alarme müssen ausgelöst werden, bevor der Patient sich einer der beiden Grenzen des validierten Temperaturbereichs nähert.
Bei manchen mit Stickstoff hinterfüllten Konstruktionen kann ein Ausfall der Heizung oder der Zirkulation dazu führen, dass die Kammer eher kälter als wärmer wird.
Diese Vorgehensweise kann den glasartigen Zustand erhalten und gleichzeitig das Bruchrisiko erhöhen. Sie ist zwar einer Erwärmung über die sichere Obergrenze hinaus vorzuziehen, aber nicht harmlos.
Andere Störungen können den Stickstoffvorrat verringern oder den Patienten von der Kältequelle trennen. Wie auf die Störung reagiert wird, hängt vom jeweiligen Gefäß ab.
Deshalb muss die „passive Absicherung“ als Abfolge getestet werden und darf nicht allein anhand des Vorhandenseins von flüssigem Stickstoff an einer beliebigen Stelle im System festgestellt werden.
Was ein seriöses Validierungsprogramm misst
Die Inbetriebnahme beginnt mit einer modellierten thermischen Last, die die Größe, die Wärmekapazität und die Geometrie des Patienten widerspiegelt.
Bei den Tests sollten die Gleichmäßigkeit im stationären Zustand, das Abkühlverhalten, der Stickstoffverbrauch, der Strombedarf und die Temperaturwechselbelastung ermittelt werden.
Es sollte gezielt Sensorfehler, Steuerungsfehler, klemmende Ventile, Stromausfall, aufgebrauchten Stickstoff, Kommunikationsausfall und verzögerte menschliche Reaktionen simulieren.
Die Rückführung ist genauso wichtig wie der Ausfall. Das System sollte in seinen validierten Bereich zurückkehren, ohne gefährliche Steilheiten oder Überschwinger zu erzeugen.
Für Kalibrierungsabweichungen und Sensorabweichungen braucht es festgelegte Erkennungsregeln. Redundante Sensoren bringen kaum einen Vorteil, wenn die Software stillschweigend den Messwert akzeptiert, der gerade am besten passt.
Die Haltezeit sollte unter Berücksichtigung klar definierter Rahmenbedingungen angegeben werden: Ausgangsbestand, Umgebungsbedingungen, Ausfallmodus und der Temperaturschwellenwert, der zur Definition des Ausfalls herangezogen wird.
Ein Gefäß ist erst dann für die Patientenversorgung bereit, wenn sein normales Funktionsverhalten und seine glaubwürdigen pathologischen Zustände charakterisiert sind.
ITS könnte die Möglichkeiten zur Wiedererwärmung in Zukunft verbessern
Brüche zerstören nicht unbedingt die mikroskopische Struktur auf beiden Seiten eines Risses. Sie erschweren jedoch eine einfache Wiedererwärmung und Reperfusion erheblich.
Eine Verringerung der Frakturbelastung könnte daher den Umfang der notwendigen strukturellen Reparaturen verringern, bevor die biologische Funktion wiederhergestellt werden kann.
Höhere Starttemperaturen verkürzen zudem einen Teil des späteren Aufwärmverlaufs. Sie lösen jedoch weder das Problem der Eisbildung noch das der Toxizität von Kryoprotektiva oder der ungleichmäßigen Erwärmung.
In der aktuellen Forschung zu verglasten Organen werden Rissbildung und Kristallisation nach wie vor als getrennte Gefahren betrachtet, die beide kontrolliert werden müssen.
ITS verbessert einen Aspekt eines viel umfassenderen Problems der Umkehrung. Es handelt sich dabei nicht um einen Scheintod und es ermöglicht auch keine Wiederbelebung in der Gegenwart.
Tomorrow.bioder aktuelle Stand der Umsetzung
Tomorrow.bioIn der öffentlichen Forschungsroadmap wird die Umsetzung einer Ganzkörper-ITS-Lösung als aktives Speicherprojekt beschrieben.
Am Donnerstag, dem 13. August 2026, hat „ Tomorrow.bio “ seinen ersten ITS-Dewar in Menschengröße in der EBF-Anlage in Rafz erhalten.
Das System in Menschengröße wurde von 21st Century Medicine entwickelt.
Damit ist „ Tomorrow.bio “ die weltweit erste Kryokonservierungsorganisation, die über einen ITS-Dewar in Menschengröße verfügt.
Der Dewar wird noch nicht routinemäßig bei Patienten eingesetzt. Er befindet sich in einer Testphase, die voraussichtlich mehrere Monate dauern wird.
Im Rahmen des Programms werden der Verbrauch an flüssigem Stickstoff, die Temperaturstabilität, die räumliche Gleichmäßigkeit, das Regelverhalten und die Leistung über einen längeren Betriebszeitraum gemessen.
Das Team wird außerdem Schwachstellen identifizieren und testen, wie sich das System verhält, wenn Sensoren, Steuerungen, die Stromversorgung oder die Stickstoffzufuhr nicht normal funktionieren.
Diese Ergebnisse legen die Betriebsgrenzen, Überwachungsanforderungen, Wartungsverfahren und den Störungsreaktionsplan fest.
Die Ankunft beweist, dass es bei EBF nun ITS-Hardware in Menschengröße gibt. Sie beweist jedoch noch nicht, dass die routinemäßige Lagerung von Patienten validiert ist.
Die vorgeschriebene Reihenfolge lautet weiterhin: Tests mit Messgeräten, Fehlerprüfung, dokumentierte Abnahme und erst dann der Einsatz im Betrieb.
Wie lässt sich ITS mit klassischem Immersionsunterricht vergleichen?
Der Vergleich lautet nicht „fortschrittlich“ gegen „veraltet“. Jede Architektur schützt vor einem anderen Risikoprofil.
Das klassische Tauchverfahren bietet eine außergewöhnliche passive Stabilität und einfache thermodynamische Eigenschaften. Die tiefere Temperatur kann zu Schrumpfung und thermomechanischer Beanspruchung führen.
ITS verringert diesen Temperaturabfall und kann Rissbildung reduzieren. Das erfordert eine strengere Kontrolle, mehr Komponenten und eine detailliertere Validierung.
Bei einer korrekten Bewertung werden alle Risiken gegeneinander abgewogen: die Anzahl der Frakturen, die Temperaturreserve, das Verhalten bei Ausfällen, die Haltezeit, die Wartung, die Übertragungsverfahren und die Kapazitäten der Einrichtung.
Die umliegende Lagerstätte muss in der Lage sein, das jeweils ausgewählte Behältermodell über Jahrzehnte hinweg zu betreiben – und nicht nur einmalig zu demonstrieren.
Die ehrliche Schlussfolgerung
ITS behebt eine echte Schwachstelle bei der Ganzkörper-Kryokonservierung: die mechanischen Folgen der Abkühlung eines großen, vitrifizierten Systems weit unter seine Glasübergangstemperatur.
Der Nutzen ist physikalisch plausibel und wird durch thermomechanische Untersuchungen gestützt. Der genaue Nutzen für einen menschlichen Patienten hängt weiterhin von der Umsetzung und der Messung ab.
Die Technologie überzeugt durch Temperaturkarten, Fehlertests, Langzeitbetrieb und transparente Inbetriebnahmedaten.
TL;DR: Die Lagerung bei mittleren Temperaturen zielt darauf ab, den Stress durch Tiefkühlung zu verringern, indem Patienten bei Temperaturen über -196 °C aufbewahrt werden. Das könnte Rissbildung reduzieren, erfordert aber eine aktive Kontrolle, mehr Ausrüstung und umfangreiche Tests.
Weiterführende Literatur