Der Begriff Kryonik führt in die falsche Richtung. Er lässt an Einfrieren denken, an einen Körper, der zu Eis wird wie ein Steak in der Tiefkühltruhe. Das eigentliche Ziel lässt sich mit einer zunächst widersprüchlich klingenden Formulierung beschreiben: Konservierung ohne Einfrieren. Das Verfahren heißt Vitrifikation. Dieser Überblick erklärt, wie es funktioniert, was es leisten kann und wo seine Grenzen liegen.
Wie ein Körper in einen glasartigen Zustand übergeht
Vitrifikation ist der Übergang einer Flüssigkeit in einen festen Zustand, ohne dass sich dabei Kristalle bilden. Der Begriff leitet sich vom lateinischen Wort vitrum für Glas ab und beschreibt den entstehenden Zustand. Kühlt man die meisten Flüssigkeiten ab, kristallisieren sie. Unter geeigneten Bedingungen und mit entsprechenden Zusätzen können Flüssigkeiten beim Abkühlen jedoch immer zähflüssiger werden, bis sie einen festen Zustand ohne geordnete Kristallstruktur erreichen. Es bilden sich keine Kristalle. Die räumliche Anordnung der Moleküle bleibt dabei nahezu so wie in der Flüssigkeit; ihre Beweglichkeit ist jedoch stark eingeschränkt.
Bei der Kryokonservierung ist dieser Unterschied entscheidend dafür, wie gut die Struktur des Gehirns erhalten bleibt. Das Wasser in den Körperzellen wird weitgehend durch Kryoprotektiva ersetzt. Anschließend wird das Gewebe abgekühlt, bis es im Bereich von etwa −120 °C bis −135 °C in einen glasartigen Zustand übergeht. Das Ergebnis ist kein gefrorener Körper. Es ist Gewebe in einem glasartigen Zustand, in dem der Verfall praktisch stillsteht.
Was Vitrifikation leistet
Bei erfolgreicher Vitrifikation sollen vier Ziele zugleich erreicht werden:
- Sie verhindert die Bildung von Eiskristallen, sodass die mechanische Zerstörung durch Einfrieren gar nicht erst eintritt.
- Sie erhält die Zellen und die Struktur des Gewebes, insbesondere die Verbindungen zwischen den Nervenzellen im Gehirn.
- Sie verlangsamt chemische und biologische Reaktionen so stark, dass der Abbau des Gewebes praktisch zum Stillstand kommt.
- Sie soll die im Gewebe gespeicherten Informationen über einen Menschen so weit erhalten, dass sich das Gewebe mithilfe künftiger Technologien möglicherweise reparieren und seine Funktion wiederherstellen ließe.
Auf diesem letzten Punkt beruht die Idee der Biostase, was Biostase ist: Mit der Struktur des Gehirns könnte auch die Identität eines Menschen erhalten bleiben, obwohl eine Wiederbelebung mit heutigen Mitteln nicht möglich ist.
Was Vitrifikation nicht leistet
Die Grenzen des Verfahrens müssen ebenso deutlich benannt werden. Vitrifikation macht einen verstorbenen Menschen nicht wieder lebendig. Sie kehrt das Altern nicht um und heilt nicht die Krankheit, die zum Tod geführt hat. Sie allein bietet keine Gewähr dafür, dass ein Mensch jemals wiederbelebt werden kann. Sie soll die körperlichen Strukturen eines Menschen so gut erhalten, dass eine spätere Wiederbelebung zumindest denkbar bleibt. Nach einer Erdbestattung oder Einäscherung wäre dies ausgeschlossen. Die Hoffnung auf eine spätere Wiederbelebung beruht auf möglichen medizinischen Fortschritten. Ob diese je ausreichen werden, ist offen; derzeit ist eine Wiederbelebung nicht möglich.
Voraussetzung für eine mögliche spätere Wiederbelebung ist, dass die Struktur des Gehirns erhalten bleibt. Würde die Struktur des Gehirns in den ersten Stunden durch Eiskristalle zerstört, gingen damit auch die darin gespeicherten Informationen unwiederbringlich verloren. Die Vitrifikation soll die für die Identität eines Menschen entscheidenden Gehirnstrukturen erhalten. Deshalb ist sie ein zentraler Schritt der modernen Kryokonservierung.
Wann Fixierung die bessere Option ist
Damit die Vitrifikation gelingt, muss das Kryoprotektivum das gesamte zu konservierende Gewebe erreichen. Dafür muss es sich gleichmäßig durch das Gefäßsystem verteilen lassen. Ist das Gewebe durch mangelnde Blutversorgung bereits stark geschädigt, lässt es sich nicht mehr gleichmäßig mit Kryoprotektivum durchströmen. In unzureichend versorgten Bereichen können sich dann schädliche Eiskristalle bilden. Für solche Fälle gibt es ein weiteres Verfahren: die aldehydstabilisierte Kryokonservierung, kurz ASC.
Bei ASC wird das Gehirn zunächst mit Glutaraldehyd durchströmt. Dieses Fixiermittel vernetzt Proteine miteinander und stabilisiert dadurch die Gewebestruktur. Die Fixierung soll den Gewebeabbau stoppen und die Struktur stabilisieren, bevor die Kühlung beginnt. Nach der Stabilisierung des Gewebes wird die Konzentration des Kryoprotektivums langsam erhöht, beispielsweise auf 65 % Ethylenglykol. Anschließend wird das Gehirn bei rund −135 °C vitrifiziert, um es langfristig zu lagern.
Für den Erhalt der Gewebestruktur durch ASC gibt es experimentelle Belege. Bei einem mit ASC konservierten Schweinehirn waren die synaptischen Verbindungen im gesamten Gehirn nach dem Wiedererwärmen so gut erhalten, dass das Verfahren mit dem Großtierpreis der Brain Preservation Foundation ausgezeichnet wurde. Der Strukturerhalt wurde mittels 3D-Elektronenmikroskopie überprüft.
Das Verfahren hat allerdings einen entscheidenden Nachteil. Die Fixierung lässt sich mit keinem heute bekannten Verfahren rückgängig machen. Glutaraldehyd erhält das Konnektom bis in feinste Details, indem es Proteine chemisch miteinander vernetzt. Das verhindert jedoch, dass das Gewebe seine biologische Funktion wieder aufnehmen kann. ASC erhält die Struktur des Gehirns, verhindert aber nach heutigem Kenntnisstand, dass das ursprüngliche Gewebe wieder funktionsfähig wird. Damit stellt sich die Frage nach der Kontinuität.
Deshalb ist ASC nicht die Standardmethode. Lässt sich das Gewebe gleichmäßig mit Kryoprotektivum durchströmen, soll die Vitrifikation sowohl seine Struktur erhalten als auch eine spätere Wiederherstellung seiner biologischen Funktion ermöglichen. ASC kommt zum Einsatz, wenn die Alternative der vollständige Verlust der Struktur wäre.
Kurz gesagt: Moderne Kryokonservierung zielt darauf ab, Gewebe zu vitrifizieren statt einzufrieren. Kryoprotektiva verringern die Eisbildung, sodass die biologische Struktur in einen stabilen, glasartigen Zustand übergehen kann.
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