Kapitel 2: Kryonik in der Praxis

Kryokonservierte Patienten werden in sogenannten "kryogenen Lagerbehältern" aufbewahrt - die, wenn wir es ganz einfach ausdrücken wollen, eher mit einer Thermoskanne als mit einem Gefrierschrank verglichen werden können.

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Wie funktioniert das?

Kryo-Lagerungsdewars sind Vakuumbehälter, die für den Transport und die Lagerung von Kryogenen verwendet werden, in unserem Fall also von flüssigem Stickstoff. Die Behälter sind nach Sir James Dewar benannt, einem britischen Chemiker und Physiker, der 1892 die "Vakuumflasche" erfand, die auch als "Dewar-Kolben" oder "Thermoskanne" bekannt ist.

Wenn du darüber nachdenkst, ist es ziemlich beeindruckend, was eine Thermoskanne leisten kann. Du könntest stundenlang in der Sonne liegen und dein Getränk würde schön gekühlt bleiben. Du könntest auch an einem sehr kalten Tag draußen sein, eine warme Jacke und Handschuhe tragen und trotzdem einen Schluck warmen und leckeren Tee aus deiner Thermoskanne genießen. Wie ist das überhaupt möglich?

 Sowohl eine Thermoskanne als auch ein kryogener Dewar sind so konstruiert, dass sie die Wärmeübertragung minimieren. Dadurch können sie die Temperatur der Flüssigkeit und des biologischen Materials, das sie aufbewahren, ohne den Einsatz von Strom aufrechterhalten.

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Die Physik hinter einem kryogenen Speicher-Dewar

Die Konstruktion einer Thermoskanne ist eigentlich nicht sehr kompliziert. Es handelt sich um einen Behälter mit zwei oder mehr Außenschichten, zwischen denen sich evakuierte Luft befindet, die einen Vakuumspalt bildet. Außerdem gibt es normalerweise einen sehr dichten Verschluss und eine reflektierende Metallschicht um die äußere Schicht.

Diese drei Elemente, ein Vakuumraum, eine dichte Kappe und eine reflektierende Schicht, verhindern zusammen die Wärmeübertragung. Der Vakuumraum verhindert Wärmeleitung, da er frei von Molekülen ist, die Wärme von außen nach innen transportieren könnten. Durch den Deckel kann die Luft nicht ungehindert in den Behälter eindringen oder ihn verlassen, so dass keine Konvektion stattfinden kann. Die reflektierende Schicht wirkt gegen Strahlung.

Technisch gesehen sind eine Thermoskanne und ein kryogener Lagerungsdewar ziemlich ähnlich. Der Unterschied ist, dass letzterer für Flüssigkeiten bei sehr niedrigen Temperaturen ausgelegt ist. Ein Dewar ist in der Regel auch viel größer als eine Thermoskanne, vor allem wenn er für die Lagerung von kryokonservierten Menschen verwendet wird.

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Die Anpassung von Dewars zur kryogenen Lagerung für die Kryonik

Kryolager-Dewars gibt es in verschiedenen Formen und Größen. Ihre Abmessungen hängen davon ab, wofür sie benötigt werden, nämlich für den Transport und die Lagerung von Kryomaterialien. Geeignete Dewars können auch für die Kryokonservierung verwendet werden.

Dewars können kryokonservierte Zellkulturen und Gewebe, Sperma und Embryonen enthalten, die alle erfolgreich verwendet werden können, sobald sie aufgewärmt sind. Schließlich können Dewars zur kryogenen Lagerung auch kryokonservierte Patienten enthalten. In diesem Fall ist es entweder der ganze Körper oder nur das Gehirn.

Kryonik-Anbieter wie Tomorrow.bio verwenden in der Regel einen Dewar aus rostfreiem Stahl, der eine beträchtliche Zeitspanne überstehen kann, ohne zu zerfallen. Diese werden in der Langzeitlagereinrichtung gelagert und überwacht. Die gängigsten Ganzkörper-Dewars sind etwa 3 Meter hoch und 1 Meter breit. Sie können bis zu 4 Ganzkörperpersonen enthalten. Normalerweise werden Neuro-Patienten in speziellen Einheiten in einer Säule in der Mitte des Dewars aufbewahrt.

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Verlust von Flüssigstickstoff

Wie du vielleicht schon bei deiner Thermoskanne gemerkt hast, wird dein Wasser irgendwann warm. Bei einer hochwertigen Thermoskanne kann es etwas länger dauern, aber am Ende wird es unweigerlich passieren.

Ein kryogener Lagerungsdewar ist nicht viel anders, auch wenn die Technologie hoch entwickelt ist und die Wärmeübertragung minimal ist. Der Hauptgrund dafür ist, dass der Dewar einen Deckel hat. Ohne einen Deckel wäre es einfacher, eine perfekte Wärmedämmung zu schaffen. Das würde es jedoch sehr schwierig machen, kryokonservierte Patienten hinein- und herauszubringen.

Flüssiger Stickstoff, die in der Kryonik verwendete Flüssigkeit, hat einen Siedepunkt, der viel niedriger ist als die Raumtemperatur. Man findet ihn in flüssiger Form nur bei einer Temperatur von -196 Grad Celsius. Das bedeutet, dass sich diese Substanz ohne besondere Hilfsmittel normalerweise in Gas verwandeln und in der Luft zerstreuen würde. Ein kleiner Teil des flüssigen Stickstoffs in einem Dewar zur Lagerung von Kryotechnik erwärmt sich jedoch irgendwann, kocht und wird zu Gas. Es ist wichtig, dass der Dewar über ein System verfügt, durch das das Gas "entweichen" kann. Wenn das nicht geschieht, würde der Druck ihn explodieren lassen - und das wollen wir auf keinen Fall!

Jeder Kryolager-Dewar, in dem biologische Proben für eine bestimmte Zeit aufbewahrt werden, muss irgendwann nachgefüllt werden. Dieses Nachfüllen muss nicht oft erfolgen, aber es wirkt sich auf die Kosten einer Kryokonservierung aus, die über einen langen Zeitraum andauern soll. Im Fall der Kryonik füllen die Betreiber eines Lagers die Kryolager-Dewars normalerweise wöchentlich auf. Dies geschieht jedoch eher aus Sicherheitsgründen. Nichtsdestotrotz ist die Verwendung von flüssigem Stickstoff derzeit die praktischste, umweltfreundlichste und kostengünstigste Art, kryokonservierte Patienten zu lagern.

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Patienten in einem kryogenen Lagerungsdewar werden aus Sicherheitsgründen mit dem Kopf nach unten gelagert. Wie oben erklärt, ist es wahrscheinlich, dass mit der Zeit etwas flüssiger Stickstoff aus dem Dewar austritt. Da die Forschung heute feststellt, dass alle Informationen, die einen Menschen ausmachen, im Gehirn gespeichert sind, muss es um jeden Preis geschützt werden. Da das Gehirn am Boden des Dewars gelagert wird, ist es selbst unter den extremsten und unvorhersehbarsten Umständen sehr unwahrscheinlich, dass es durch den Verlust von flüssigem Stickstoff beeinträchtigt wird.