Si è tentati di considerare la soluzione crioprotettiva come qualcosa di immutabile, un’unica formula geniale che rende possibile la vetrificazione. Ma non è affatto così. L’antigelo medico in uso oggi è l’ultimo sopravvissuto di circa quarant’anni di iterazioni. Proviene da una serie di soluzioni in cui ogni generazione è nata per correggere un difetto specifico e ben identificato della precedente. Leggere quella storia è il modo migliore per capire perché le soluzioni attuali sono così com’è e perché nessuno sostiene che siano definitive.
Il filo conduttore di tutta la storia è un unico dilemma. Per vitrificare, serve una concentrazione di crioprotettore abbastanza alta da impedire la formazione del ghiaccio. Ma i crioprotettori sono tossici, e più ne usi, più avveleni il tessuto che stai cercando di salvare. Ogni generazione di questa linea di ricerca rappresenta un ulteriore tentativo di ottenere il vantaggio di impedire la formazione del ghiaccio senza doverne pagare il prezzo in termini di tossicità.
1984: Fahy propone la vetrificazione
Il salto concettuale è stato opera del criobiologo Greg Fahy, che nel 1984 ha proposto di usare la vitrificazione, invece del congelamento controllato, per la crioconservazione. La vitrificazione biologica in sé era già nota da tempo. Basile Luyet aveva vitrificato materiale vivente nel 1937, raffreddando campioni abbastanza piccoli e abbastanza velocemente da evitare la formazione di ghiaccio. Il salto concettuale è stato opera del criobiologo Greg Fahy. Nel 1984 propose di raggiungere lo stesso stato vetroso puntando sulla concentrazione piuttosto che sulla semplice velocità di raffreddamento. Basta caricare il tessuto con una quantità sufficiente di crioprotettore e anche volumi grandi come un organo si vetrificano a velocità di raffreddamento effettivamente raggiungibili. L’idea era quella di abbandonare del tutto la battaglia persa contro i cristalli di ghiaccio. Invece di cercare di congelare il tessuto con tanta delicatezza da mantenere i cristalli piccoli, lo si carica con una quantità sufficiente di crioprotettore e lo si raffredda così velocemente che l’acqua non cristallizza affatto. Il tessuto si trasforma invece in uno stato simile al vetro. È proprio questa la distinzione su cui si concentra ancora oggi il settore, esplorata nella differenza tra congelamento e vetrificazione. La proposta ha riformulato il problema da «come rendere innocuo il ghiaccio» a «come evitare il ghiaccio pur sopravvivendo alla chimica che ce lo permette», e da allora il lavoro si è concentrato proprio sulla chimica.
Le generazioni, ognuna delle quali corregge il difetto di quella precedente
Quello che è seguito è stata un’evoluzione che puoi seguire come se fosse un changelog, con ogni versione che correggeva un difetto.
- Le prime miscele a singolo agente. I primi tentativi si basavano in gran parte su un unico crioprotettore. Riuscivano a vetrificare campioni di piccole dimensioni, ma erano troppo tossici alle concentrazioni necessarie per tessuti più grandi.
- DMSO con ammidi e glicole propilenico. La combinazione di questi agenti permette a ciascuno di svolgere parte del lavoro a una dose inferiore e meno tossica. Le soluzioni a base di DMSO, insieme ad ammidi come l’acetammide o la formammide, più il glicole propilenico, hanno rappresentato un vero passo avanti. Le formulazioni di questa famiglia, comprese quelle note come VS41A e VS55, sono in grado di vitrificare volumi significativi di tessuto.
- Glicole etilenico al posto del glicole propilenico. Il glicole propilenico era più efficace nel formare il vetro, ma anche più tossico. Sostituirlo con il glicole etilenico ha ridotto la tossicità, a scapito però di un potere antigelo più debole, che è stato necessario compensare con una concentrazione totale più alta.
- Polimeri aggiunti. Sono state introdotte grandi molecole polimeriche per aiutare a stabilizzare lo stato vetroso e impedire la formazione di ghiaccio, senza dover aggiungere altri piccoli agenti tossici.
- Molecole che bloccano la formazione del ghiaccio. Alcune molecole specializzate, che interferiscono direttamente con la nucleazione del ghiaccio, permettono di ottenere la stessa vetrificazione a concentrazioni totali più basse, garantendo così resistenza al ghiaccio senza aumentare la tossicità. L’idea viene dalla biologia. Le proteine antigelo permettono ai pesci d’acqua fredda e agli insetti di sopravvivere agli inverni sotto zero legandosi ai cristalli di ghiaccio nascenti. Le versioni sintetiche sono polimeri come l’alcol polivinilico e il poliglicerolo. Svolgono la stessa funzione a concentrazioni ben inferiori a quelle degli agenti penetranti.
- Aumento della tonicità delle componenti non penetranti. Una modifica sottile ma importante. Aumentare la tonicità delle parti della soluzione che non entrano nelle cellule ha aiutato a contrastare il danno da freddo, una forma di danno indotto dal freddo distinta dal ghiaccio, migliorando la tolleranza dei tessuti al freddo intenso.
Nessuna di queste, presa da sola, ha rappresentato una rivoluzione. Ma è proprio la loro combinazione che permette a un moderno crioprotettore di vitrificare grandi quantità di tessuto a concentrazioni alle quali le soluzioni precedenti non avrebbero potuto resistere.
Le soluzioni attuali per uso umano: VM1 e M22
Quel filone converge sulle due soluzioni utilizzate oggi per la crioconservazione umana. La VM1 è usata da Tomorrow.bio dal Cryonics Institute. La M22 è usata da Alcor. Entrambe discendono direttamente dalla linea di Fahy e incorporano le lezioni apprese a caro prezzo di cui sopra: miscele multi-agente per distribuire il carico tossico, molecole che bloccano la formazione di ghiaccio e un attento bilanciamento dei componenti non penetranti. Non sono intercambiabili, e le differenze tra le soluzioni dei vari fornitori sono uno dei motivi per cui scegliere un fornitore è una decisione vera e propria, piuttosto che una semplice formalità.
C’è uno strumento che merita una menzione perché mostra come si è evoluto questo campo. In passato, sviluppare queste soluzioni significava testare la tossicità per tentativi ed errori, un modo costoso e lento per fallire. L’introduzione di un indicatore di previsione della tossicità, spesso indicato con qv*, ha permesso ai ricercatori di stimare in anticipo la tossicità di una soluzione candidata e di orientarsi verso formulazioni meno dannose prima ancora di arrivare a testarle sui tessuti. Trasformare la tossicità da una sorpresa a un numero che puoi ottimizzare è esattamente il tipo di maturazione che fa progredire un settore, lo stesso impulso che sta alla base del progresso del settore in senso più ampio.
La prova che funziona anche al di là della crionica
Sarebbe giusto chiedersi se tutta questa linea di ricerca conservi davvero qualcosa, o se sembri solo rigorosa. La risposta rassicurante è che la vetrificazione è stata dimostrata su tessuti reali al di fuori del contesto della crionica. Campioni vitrificati e poi riscaldati di valvole cardiache, cornea, vasi sanguigni e sezioni cerebrali hanno mantenuto la loro struttura e, in alcuni casi, anche la loro funzione. Non si tratta di esseri umani interi, e per onestà bisogna dire che passare da una sezione a un corpo intero rimane difficile, come dimostrano chiaramente le sfide tecniche legate alla conservazione di alta qualità. Ma questi risultati dimostrano che il principio fondamentale – sostituire l’acqua con un antigelo e portare il tessuto a uno stato simile al vetro – mantiene davvero intatta la struttura biologica.
La prima persona e ciò che la storia suggerisce
La svolta per l’uomo è arrivata nel 2000, quando FM-2030, pensatore futurista e transumanista, è diventato il primo a essere sottoposto a vitrificazione anziché a congelamento diretto. Quel momento fa parte di un percorso più lungo raccontato in una breve storia della crionica e segna il punto in cui la chimica di cui sopra ha smesso di essere un esperimento di laboratorio per iniziare ad essere applicata alle persone.
La lezione più profonda che puoi trarre da questa storia è proprio quella che vale la pena portare con te. Le soluzioni sono migliorate di generazione in generazione, ognuna risolvendo un difetto specifico, il che significa che quelle di oggi non sono un prodotto finito che ti è stato dato dall’alto. Sono la versione migliore attuale di una ricetta che continua a migliorare da quarant’anni. Non c’è motivo di pensare che VM1 e M22 siano il punto di arrivo.
L'antigelo medico che oggi vetrifica una persona non è un'invenzione, ma il risultato di un'evoluzione: ogni generazione ha cercato di correggere la tossicità o il ghiaccio che aveva sconfitto quella precedente.
È una situazione che ti fa sentire umile e allo stesso tempo ti dà coraggio. Ti fa sentire umile, perché significa che le soluzioni attuali sono imperfette per loro stessa natura. Ti dà coraggio, perché una formula che è migliorata costantemente negli ultimi quattro decenni è proprio il tipo di cosa che continua a migliorare, e ogni miglioramento aumenta le possibilità di chi ne beneficia.