Il contenitore che custodisce una persona crioconservata per un secolo è, in teoria, la stessa cosa del thermos che tiene caldo il tuo caffè. È solo molto più grande e punta all’estremità opposta della scala delle temperature. Non è una semplificazione carina; è la chiave per capire perché la conservazione a lungo termine sia così affidabile. Un congelatore mantiene le cose fredde funzionando continuamente e smette di funzionare nell’istante stesso in cui salta la corrente. Un dewar mantiene le cose fredde senza fare praticamente nulla, ed è proprio questa differenza la ragione per cui la conservazione criogenica non dipende dalla rete elettrica.
Quindi vale la pena capire esattamente come funziona il principio del thermos e come quella semplice legge fisica si applichi a un recipiente d’acciaio di tre metri in grado di contenere quattro persone a -196 °C.
Un thermos ti aiuta a combattere il caldo in tre modi
I dewar per lo stoccaggio criogenico sono contenitori sottovuoto per conservare e trasportare sostanze criogeniche, nel nostro caso l’azoto liquido. Prendono il nome da Sir James Dewar, il chimico e fisico britannico che nel 1892 inventò il flacone sottovuoto, il “flacone di Dewar” o thermos. Pensa a cosa riesce davvero a fare un buon thermos: mantiene una bevanda fredda anche sotto il sole per ore, o calda in una giornata gelida, senza bisogno di alcuna fonte di energia. Il segreto sta nel fatto che contrasta tutte e tre le modalità di trasferimento del calore.
Il funzionamento non è complicato. Il contenitore ha due pareti tra cui viene aspirata l’aria per creare un’intercapedine sottovuoto, un tappo a tenuta ermetica e uno strato riflettente sulle superfici rivolte verso quell’intercapedine. Questi tre elementi insieme bloccano il trasferimento di calore. L’intercapedine sottovuoto blocca la conduzione: non ci sono quasi molecole nell’intercapedine che possano trasportare il calore. Il tappo a tenuta ermetica blocca la convezione, perché l’aria non può circolare né entrare né uscire. Lo strato riflettente contrasta la radiazione, riflettendo il calore invece di assorbirlo. Un dewar criogenico è tecnicamente lo stesso dispositivo, solo specializzato per liquidi a temperature estremamente basse e costruito su scala molto più grande, soprattutto quando il contenuto è una persona anziché una bevanda. A quelle dimensioni, il singolo strato riflettente diventa molti. I grandi recipienti criogenici rivestono l’intercapedine sottovuoto con un isolamento multistrato. Ciò significa dozzine di fogli alternati di lamina riflettente e distanziatori non conduttivi. Ogni foglio rimanda un po’ più di calore radiante da dove è venuto.
Dai campioni cellulari alle persone intere
I dewars sono disponibili in tante forme e dimensioni diverse, a seconda di ciò che contengono. Quelli più piccoli conservano colture cellulari crioconservate, tessuti, sperma ed embrioni, che possono essere tutti riscaldati e utilizzati con successo in un secondo momento: un promemoria del fatto che la biologia “sospesa e ripristinata” è una pratica di routine, non una speculazione, e costituisce lo stesso fondamento della biostasi stessa. I dewars appositamente costruiti conservano anche pazienti crioconservati, sia l’intero corpo che, nel caso dei pazienti neurologici, solo il cervello.
I fornitori come Tomorrow.bio usano Tomorrow.bio dei dewar in acciaio inossidabile che resistono al deterioramento nel lungo periodo, conservati e monitorati nella struttura di stoccaggio a lungo termine. I dewar per corpi interi più comuni sono alti circa 3 metri e larghi 1 metro e possono contenere fino a 4 pazienti interi. I pazienti neuro sono di solito conservati in una colonna dedicata al centro del dewar.
Perché bisogna rabboccare l'azoto
Come sa bene chiunque abbia un thermos, alla fine il caffè si raffredda. Un thermos di alta qualità ritarda il processo, ma alla fine il calore ha sempre la meglio. Un dewar non fa eccezione, anche con un isolamento avanzato, e il motivo principale è il coperchio. Un contenitore perfettamente sigillato isolerebbe meglio, ma non potresti mai spostare i pazienti dentro e fuori, quindi il coperchio rappresenta una scelta deliberata: si rinuncia a un po’ di isolamento in cambio della possibilità di accesso.
L’azoto liquido esiste in forma liquida solo a temperature pari o inferiori a -196 °C; se la temperatura supera quel valore, evapora trasformandosi in gas e si disperde. Quindi, una piccola quantità dell’azoto contenuto in un dewar si riscalda lentamente, evapora e si trasforma in gas. Il contenitore deve permettere a quel gas di fuoriuscire. Altrimenti la pressione aumenterebbe fino a farlo scoppiare, un risultato che vogliamo assolutamente evitare. Il rovescio della medaglia dell’evaporazione è il rabbocco. Qualsiasi dewar che conservi materiale biologico deve essere rabboccato periodicamente. Non è una cosa frequente, ma rappresenta un costo ricorrente reale per un processo pensato per durare molto a lungo. In pratica, gli operatori della struttura rabboccano i dewar criogenici più o meno una volta alla settimana, soprattutto come margine di sicurezza piuttosto che perché l’azoto si stia davvero esaurendo. Anche con questa manutenzione, l’azoto liquido rimane oggi il modo più pratico, economico ed ecologico per conservare i pazienti.
Perché i pazienti vengono sistemati a testa in giù
C’è un dettaglio che sembra un po’ macabro finché non ne capisci la logica: i pazienti vengono conservati a testa in giù, con la testa in fondo. Con il passare del tempo, una parte dell’azoto inevitabilmente evapora, quindi il livello del liquido può abbassarsi. La parte del paziente che meno vorresti che restasse esposta è il cervello. Secondo le conoscenze attuali, tutto ciò che rende una persona ciò che è è codificato nella sua struttura. Conservare il paziente a testa in giù mantiene il cervello sul fondo del dewar, l’ultimo posto a essere colpito da un’eventuale perdita di azoto liquido, anche nelle circostanze più estreme e imprevedibili. È una semplice polizza assicurativa geometrica sul tessuto più importante che ci sia.
Un dewar criogenico è un thermos gigante che protegge una persona senza usare affatto elettricità, ed è proprio per questo che continua a funzionare quando tutto ciò che ha bisogno di elettricità ha già smesso di funzionare.