Capitolo 2: La crionica nella pratica

Noi di Tomorrow.bio siamo alla continua ricerca di nuovi modi per migliorare la nostra procedura di crioprotezione e conservazione. Le fasi iniziali del processo vengono perfezionate attraverso i team SST, che forniscono l'unica procedura professionale di crioprotezione su tutto il corpo disponibile al momento. Vengono utilizzati agenti crioprotettivi all'avanguardia per ridurre al minimo i danni alle cellule durante il raffreddamento. Inoltre, l'azoto liquido fornisce un ambiente di conservazione altamente stabile per i pazienti crioconservati.

Nonostante tutti questi sforzi, ulteriori sforzi scientifici potrebbero rivelare molti modi in cui la crioconservazione può essere migliorata. Un punto da considerare è il modo in cui i pazienti crioconservati vengono attualmente conservati. Scopri perché è così e quale potrebbe essere la soluzione proposta in questo articolo.

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Quale metodo di conservazione viene attualmente utilizzato?

Attualmente, la maggior parte delle persone crioconservate viene conservata nell'azoto liquido a una temperatura di -196°C. Questo metodo economico e sostenibile non utilizza energia elettrica ed è abbastanza facile da mantenere: è sufficiente aggiungere nuove scorte di azoto liquido una volta alla settimana. Qual è il problema?

Durante la crioconservazione, i pazienti entrano in uno stato di vetrificazione a una temperatura di circa -130°C. A seguito di questo evento, i pazienti vengono lentamente raffreddati fino a -196°C, la temperatura naturale dell'azoto liquido, e a questo punto la loro temperatura corporea rimane statica.

Il problema non sta nella conservazione a lungo termine, ma piuttosto in ciò che accade prima e dopo.

I -196°C non forniscono una conservazione (rilevante) migliore rispetto ai -130°C. Si dà il caso che l'azoto liquido abbia una temperatura con cui la crioconservazione può funzionare. In effetti, sarebbe più pratico per la nostra causa se la temperatura dell'azoto liquido fosse più vicina (ma comunque inferiore) al punto di transizione vetrosa.

Nella conservazione regolare, il raffreddamento uniforme riduce al minimo gli stress termici del tessuto quando si scende al di sotto della temperatura di vetrificazione. Lo stress può essere ulteriormente ridotto mantenendo la temperatura vicino al punto di transizione vetrosa per un periodo di tempo breve dopo la vetrificazione. Questo permette un ulteriore rilassamento dello stress prima che il corpo venga raffreddato ulteriormente.

Il processo di raffreddamento a questa temperatura significativamente fredda provoca la frattura dei tessuti, oltre ad altri tipi di danni che stiamo cercando di prevenire. Lesioni di questo tipo non impediscono necessariamente la conservazione di informazioni neuroanatomiche cruciali, anche se complicano il recupero futuro.

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Perché il raffreddamento danneggia i tessuti?

Le molecole vibrano, facendo sì che si manifesti un volume o una densità tipica a qualsiasi temperatura specifica. Quando la temperatura diminuisce, diminuisce anche il volume dell'oggetto esposto ad essa. Questo fenomeno è chiamato "contrazione termica".

Quando un oggetto si vetrifica, il suo interno più caldo si raffredda più rapidamente rispetto al guscio esterno, riducendo le sue dimensioni a un ritmo leggermente più veloce.[1] Poiché l'interno e l'esterno sono attaccati l'uno all'altro, questa differenza di dimensioni può provocare una frattura, danneggiando il tessuto nel processo.

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Che cos'è lo stoccaggio a temperatura intermedia?

La frattura può essere ridotta, e potenzialmente (quasi) evitata, raffreddando lentamente la temperatura di transizione vetrosa e mantenendo una temperatura più vicina al punto di vetrificazione.

Questo sistema è chiamato "conservazione a temperatura intermedia", in riferimento alla sua temperatura intermedia tra la vetrificazione e l'azoto liquido.

Lo stress termico del tessuto è meno problematico quando il raffreddamento oltre la temperatura di transizione vetrosa viene interrotto prima. Secondo dati passati[2], i danni sono tanto più probabili quanto più velocemente il tessuto è stato raffreddato.

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Vantaggi e sfide della conservazione a temperatura intermedia

Nonostante i suoi vantaggi teorici, i sistemi ITS non sono oggi comunemente utilizzati per la crioconservazione al di fuori delle procedure di ricerca. Ciò è dovuto principalmente alla pletora di sfide e complicazioni che il metodo comporta.

In primo luogo, l'impiego di sistemi ITS comporta un fattore di rischio molto più elevato rispetto a quello attualmente utilizzato, ovvero lo stoccaggio di azoto liquido per immersione. I tradizionali dewar per lo stoccaggio a -196°C vengono tenuti quasi pieni fino all'orlo e contengono oltre 1000 litri di liquido al loro interno. Questa quantità di azoto liquido è sufficiente per mantenere la conservazione per più di una settimana, prima di doverla riempire nuovamente. I normali vasi ITS, invece, contengono solo circa 120 litri di azoto liquido sul fondo del dispositivo di conservazione, sufficienti al massimo per 5 giorni di conservazione quando si lavora a una temperatura di -140°C.

Inoltre, i dewar ITS consumano il doppio dell'azoto liquido rispetto alle loro controparti più fredde, pur essendo grandi solo un terzo. Proprio come i normali dewar, sono attrezzati per riempirsi automaticamente, ma richiedono più risorse e controlli per garantire il mantenimento di una temperatura stabile. Considerando che è più probabile che si verifichino fluttuazioni di temperatura (potenzialmente dannose), i dewar ITS si rivelano in definitiva un'opzione meno affidabile e sicura.

Eliminare questi inconvenienti è possibile, ma è accompagnato da costi di manutenzione dello storage esponenzialmente più elevati.

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