Se l’obiettivo della vetrificazione è trasformare un corpo in un vetro stabile invece che in ghiaccio distruttivo, allora i crioprotettori sono il trucco che lo rende fisicamente possibile. Sono, quasi letteralmente, un antigelo medico. E come molti degli strumenti più importanti in questo campo, comportano un compromesso significativo. L’intera procedura è progettata proprio intorno a questo. La sostanza che protegge il tessuto dal ghiaccio è anche tossica per esso se somministrata nella dose sbagliata. Capire i crioprotettori significa capire come si gestisce questa tensione.
Perché bisogna fermare l’Ice, a tutti i costi
Partiamo dal nemico. Quando l’acqua si congela all’interno di un corpo, provoca due tipi di danni contemporaneamente. Il primo è meccanico: man mano che i cristalli di ghiaccio crescono, schiacciano le cellule circostanti, restringendo i canali di liquido non congelato e deformando le strutture interne più delicate. Il secondo è chimico: man mano che l’acqua pura si congela, tutto ciò che era disciolto al suo interno viene stipato nel liquido rimanente, che si restringe, concentrando sali e soluti fino a rendere quella sacca di fluido velenosa. Ognuno dei due da solo sarebbe già un problema. Insieme, rendono il semplice congelamento un modo infallibile per distruggere proprio quelle strutture che definiscono chi sei.
I crioprotettori servono proprio a evitare che si formi il ghiaccio. Invece di congelarsi, il tessuto passa allo stato vetroso, detto “vitrificazione”, e la sua struttura rimane intatta.
Cosa sono in realtà i crioprotettori
Un agente crioprotettivo funziona in modo molto simile all’antigelo che metti nel radiatore dell’auto: si scioglie nell’acqua e abbassa la temperatura alla quale l’acqua altrimenti cristallizzerebbe. Le versioni di grado medico usate nella crionica, come glicerolo, glicole etilenico, glicole propilenico e dimetilsolfossido (DMSO), vengono scelte e miscelate proprio per questo scopo. Si dividono in due famiglie che lavorano in sinergia:
- Gli agenti penetranti attraversano la membrana cellulare e impediscono la formazione di ghiaccio all’interno della cellula.
- Gli agenti non penetranti rimangono all’esterno della cellula e impediscono che si formi il ghiaccio negli spazi tra le cellule, dove tende a comparire per primo. Gli agenti penetranti attraversano la membrana cellulare e sostituiscono gran parte dell’acqua all’interno, impedendo così la formazione di ghiaccio all’interno della cellula stessa.
Vengono usati insieme per un motivo che si rivela fondamentale. Dato che gli agenti non penetranti si occupano dello spazio esterno alle cellule, più facile da trattare e più soggetto alla formazione di ghiaccio, gli agenti penetranti non devono raggiungere concentrazioni così elevate all’interno delle cellule. E la concentrazione, come vedremo tra poco, è proprio il nocciolo della questione.
Il compromesso sulla tossicità: ecco qual è il vero nocciolo della questione
Ecco il dilemma che caratterizza l’intero campo della crioprotezione. Per ottenere una vetrificazione affidabile, devi sostituire gran parte dell’acqua presente nel corpo con un crioprotettore. Ma più alta è la concentrazione, più l’agente diventa tossico per i tessuti. Se ne usi troppo poco, si forma il ghiaccio. Se ne usi troppo, si verificano danni chimici. L’arte sta proprio nel trovare il giusto equilibrio tra le due cose.
Ci sono due fattori che rendono possibile questa operazione. Innanzitutto, la tossicità dipende fortemente dalla temperatura: un agente che danneggerebbe i tessuti a caldo risulta molto meno aggressivo a freddo. Quindi i crioprotettori vengono introdotti gradualmente, a concentrazioni crescenti, mentre il corpo viene contemporaneamente raffreddato, mantenendo bassa la tossicità in ogni fase. In secondo luogo, le giuste combinazioni di agenti possono ridurre la tossicità totale della miscela al di sotto di quella che causerebbe un singolo agente alla massima concentrazione. Trovare la miscela giusta è un tema di ricerca molto attuale, e migliorarla è una delle leve concrete per la qualità del risveglio futuro.
Le soluzioni continuano a migliorare sempre di più
Il crioprotettore che si usa oggi non è una singola sostanza chimica, ma una miscela accuratamente calibrata, frutto di decenni di sperimentazioni. Il criobiologo Greg Fahy ha messo a punto le sue soluzioni di vetrificazione in diverse fasi. Ognuna correggeva un difetto della precedente. Le prime miscele a singolo agente hanno lasciato il posto a combinazioni di DMSO con ammidi e glicole propilenico. Il glicole etilenico ha poi sostituito i componenti più tossici. Successivamente sono arrivate le molecole che bloccano la formazione di ghiaccio, inibendo la cristallizzazione a concentrazioni più basse. Il passo finale ha regolato l’equilibrio dei componenti non penetranti per contrastare i danni da freddo. Gli agenti attualmente usati per l’uomo si trovano alla fine di questa catena. Tomorrow.bio il Cryonics Institute una versione ottimizzata di una soluzione chiamata VM1. È composta da parti più o meno uguali di dimetilsolfossido e glicole etilenico. Alcor ne usa una chiamata M22. Le due soluzioni rappresentano diversi compromessi tra costo e documentazione. La VM1 è di gran lunga più economica per singolo caso. I ricercatori dispongono persino di una misura predittiva della tossicità, indicata con qv*, che aiuta a progettare miscele in grado di vitrificare in modo affidabile causando il minor danno possibile. Il punto è che “il crioprotettore” non è una cosa fissa, ma una frontiera in continua evoluzione, e ogni miglioramento aumenta direttamente la fedeltà della conservazione: questo è il tema centrale del progresso in questo campo.
Il problema irrisolto che nessuno nasconde
C’è un altro aspetto da considerare. A temperature criogeniche, i crioprotettori non sono affatto tossici, perché non avviene alcuna reazione; tutto è in pausa. La tossicità è un problema legato al riscaldamento. Durante il processo di riscaldamento, gli agenti dovrebbero essere rimossi in modo rapido e accurato per evitare di danneggiare i tessuti. Riuscirci bene è una sfida per la medicina del futuro che si occuperà del risveglio. Non è qualcosa che si possa risolvere oggi. Lo diciamo chiaramente, perché al momento la rianimazione non è possibile e fingere il contrario sarebbe disonesto. La scommessa è che una civiltà in grado di risolvere la causa originale della morte possa anche gestire un riscaldamento controllato, e che la struttura conservata le offra qualcosa su cui valga la pena lavorare.
I crioprotettori sono il compromesso alla base della crionica: una quantità di antigelo medico appena sufficiente a impedire la formazione di ghiaccio, somministrata abbastanza lentamente e a una temperatura abbastanza bassa da rimanere al di sotto della soglia oltre la quale la cura diventa dannosa.
Proprio su questo equilibrio – più antigelo contro meno tossicità – si concentrano gran parte delle ricerche in corso presso Tomorrow.bio altrove. Ogni miglioramento della miscela si traduce in un miglioramento diretto della capacità della struttura di una persona di resistere al viaggio fino a -196 °C.