Шаг к криосну будущего: ученые оживили замороженный мозг мыши

В научной фантастике часто встречается сюжет о путешественнике во времени, который был заморожен в состоянии анабиоза, а затем разморожен и очнулся спустя десятилетие или столетие, сохранив все свои умственные и физические способности.

Исследователи, пытающиеся заморозить и разморозить ткани мозга человека и других животных — в основном молодых позвоночных, — уже доказали, что нейронная ткань может пережить заморозку на клеточном уровне и после разморозки в некоторой степени сохраняет свою функциональность. Однако полностью восстановить процессы, необходимые для нормального функционирования мозга — активность нейронов, клеточный метаболизм и пластичность мозга, — пока не удалось.

Группа ученых из Германии продемонстрировала метод криоконсервации и размораживания мышиного мозга, который частично сохраняет его функциональность. В исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, подробно описывается использование авторами метода витрификации, при котором ткани сохраняются в стекловидном состоянии, а также процесс размораживания, позволяющий сохранить живые ткани.

Полученные результаты указывают на возможность в будущем защитить мозг во время болезни или после тяжелой травмы, создать банки органов и даже добиться криоконсервации всего тела млекопитающих.

Сохраненный для будущего

Основная причина, по которой мозг не может полностью восстановиться после заморозки, — повреждения, вызванные образованием кристаллов льда. Они смещают или повреждают хрупкую наноструктуру тканей, нарушая ключевые клеточные процессы.

Ученые обратились к методу криоконсервации без использования льда, который называется витрификацией, чтобы сохранить функции мозга. При витрификации жидкость охлаждается достаточно быстро, чтобы молекулы перешли в дезорганизованное, стекловидное состояние до того, как успеют образовать кристаллы льда.

Сначала они протестировали свой метод на срезах мышиного мозга толщиной 350 микрометров, в том числе на срезах гиппокампа — ключевого отдела мозга, отвечающего за память и пространственную навигацию. Срезы мозга предварительно обрабатывали в растворе, содержащем криопротекторные вещества, а затем быстро охлаждали с помощью жидкого азота до температуры −196°C. Затем их хранили в морозильной камере при температуре −150°C в стекловидном состоянии от десяти минут до семи дней.

После размораживания срезов мозга в теплых растворах команда исследователей проанализировала ткани, чтобы выяснить, сохранилась ли в них какая-либо функциональная активность. Микроскопия показала, что нейронные и синаптические мембраны не повреждены, а тесты на активность митохондрий не выявили нарушений метаболизма. Электрические записи активности нейронов показали, что, несмотря на умеренные отклонения от показателей контрольных клеток, реакция нейронов на электрические стимулы была близка к норме.

Нейронные пути гиппокампа по-прежнему демонстрировали синаптическое усиление, или «долговременную потенциацию», которая лежит в основе обучения и памяти. Однако из-за естественного разрушения таких срезов наблюдения проводились в течение нескольких часов.

Команда применила этот метод ко всему мозгу мыши, сохраняя его в стекловидном состоянии при температуре –140ºC в течение восьми дней. Однако протокол требовал постоянной доработки, чтобы свести к минимуму уменьшение объема мозга и снизить токсичность криопротекторов.

После размораживания мозга были приготовлены срезы, и записи из гиппокампа подтвердили, что нейронные пути, в том числе пути в гиппокампе, отвечающие за память, сохранились и по-прежнему способны к долговременной потенциации. Однако, поскольку записи делались с использованием срезов мозговой ткани, исследователи не смогли определить, сохранились ли воспоминания животных после криоконсервации.

Все еще научная фантастика

Исследователи распространяют свой метод с мышей на ткани человеческого мозга. Команда также изучает возможности применения метода витрификации для криоконсервации целых органов, в частности сердца.

Однако при использовании протокола для всего мозга процент успешных операций был низким и что результаты могут быть неприменимы к более крупным человеческим органам, что создает дополнительные трудности. Прежде чем эти принципы можно будет применить к крупным человеческим органам, потребуются более совершенные решения для витрификации, а также технологии охлаждения и повторного нагревания.

Если говорить о вещах более приземленных, то есть советы, как высыпаться, бороться с бессонницей и понимать свои сновидения.