Медицина в объятиях холода

Использование низких температур в лечебных целях известно с древнейших времен. Современная криобиология открывает беспрецедентные горизонты – от сохранения отдельных органов до, возможно, переноса человеческого сознания на цифровой носитель.

У истоков криобиологии стоял русский ученый Порфирий Бахметьев, изучавший в конце XIX века явление анабиоза (состояния максимального замедления жизненных процессов) посредством охлаждения живых существ. Однако еще в 1845 году английский хирург Джеймс Арнотт использовал смесь льда и соли (температура –24 °C) для лечения пациентки с опухолью матки. Он обнаружил разрушительное и обезболивающее воздействие холода на опухолевые клетки. В дальнейшем Арнотт неоднократно применял эту методику в лечении рака матки и груди.

Терапия с использованием холода.

Существенный прогресс в криомедицине был достигнут в середине XX века, когда были открыты криопротекторы – вещества, защищающие клетки от повреждений при замораживании. Первоначально криопротекторные свойства были выявлены у глицерина, затем – у диметилсульфоксида (ДМСО) и других соединений, что позволило, например, замораживать кровь.

Одной из главных проблем оставалась кристаллизация межклеточной и внутриклеточной жидкости при заморозке, приводящая к повреждению тканей. Решением могло стать повышение концентрации криопротекторов, однако это увеличивало их токсичность. В конце 1980-х годов произошел прорыв: была разработана витрификация – методика сверхбыстрого замораживания (ткани становятся хрупкими, как стекло), позволяющая сохранять эмбрионы, стволовые клетки, кровь, сперму, яйцеклетки и ткани в течение многих лет.

Сегодня специалисты умеют осуществлять, например, повторную пересадку замороженных фрагментов яичников при лечении онкологических заболеваний, вызывающих повреждение яичников и гормональный дисбаланс у женщин. Эти проблемы можно решить с помощью гормональной терапии или повторной пересадки предварительно сохраненных фрагментов яичника. После лечения у женщины сохраняется шанс забеременеть; в медицинской практике зафиксированы случаи рождения здоровых детей.

В криотерапии также применяется умеренное охлаждение тела – гипотермия, в частности, для спасения новорожденных. В 2010 году английские врачи на несколько дней охладили до 30-33 °C четырехмесячного Финли Бертона, чтобы восстановить нормальную работу его сердца после сложной операции.

В области криохирургии и криодеструкции опухолей медики добились значительных успехов. Малотравматичная криохирургия становится перспективной альтернативой традиционным методам лечения. Актуальным является вопрос разработки криоинструментов, позволяющих точечно, быстро и эффективно охлаждать опухоли, в том числе расположенные в труднодоступных местах. Разрушение опухоли путем многократного замораживания и оттаивания стимулирует иммунную систему организма, что может снизить риск метастазирования.

Исследования в области криобиологии находят применение не только в медицине, но и в освоении космического пространства, и в будущем сделают длительные межпланетные путешествия более комфортными. Для полета к потенциальной «второй Земле» потребуются десятилетия или столетия, и мало кто захочет провести это время в полете, не увидев цели путешествия. Однако, погрузив космонавтов в криостаз, можно обеспечить их прибытие к месту назначения молодыми и полными сил.

В поисках решений.

Основными задачами, над которыми работают криобиологи, являются криоконсервация органов для трансплантации и создание банков донорских органов. В настоящее время пересадка органов возможна в течение 24 часов после смерти донора.

Перспективным методом решения проблемы сохранения донорских органов считался метод, основанный на принципе кислородного голодания, который позволил обратимо заморозить эмбрионы дождевого червя. Однако, по мнению биофизика Игоря Артюхова, директора по науке компании «КриоРус», такие методы, хотя и открывают новые возможности для продления сохранности человеческих органов, эффективны лишь на короткий срок. О создании банков органов, требующих хранения в течение месяцев и лет, речь в этом случае не идет.

Неглубокое охлаждение эмбриона дождевого червя — относительно простая задача. Возможно, он и в естественных условиях так зимует. Существуют и более крупные организмы, например, некоторые виды лягушек в Африке и Австралии, которые способны впадать в анабиоз без охлаждения и пережидать периоды засухи. Именно здесь можно было бы искать ключ к решению проблемы. Но, к сожалению, этому уделяется недостаточно внимания, — отмечает Игорь Артюхов.

Природа демонстрирует удивительные примеры выживания организмов в экстремально холодных условиях. Некоторые насекомые, круглые черви, лягушки и мелкие млекопитающие переживают холода в состоянии анабиоза. Одним из самых ярких примеров является сибирский углозуб, тритон, способный оживать после 90 лет анабиоза. Он выдерживает низкие температуры благодаря выработке глицерина. Изучение живучести углозуба может открыть новые перспективы и помочь в поиске дополнительных защитных механизмов и возможностей для длительного сохранения человеческих органов. Например, веществ, блокирующих ферменты, вызывающие разрушение клеток.

Трансплантологи внимательно следят за недавними экспериментами по замораживанию и размораживанию органов животных с сохранением их жизнеспособности. Доктор Амир Арав из Израиля успешно заморозил и восстановил печень свиньи, пересадив ее другому животному. А американский криобиолог Грегори Фэй, который в 1998 году определил комбинацию веществ, переводящих воду в стеклообразное состояние, произвел обратимую витрификацию почек кролика. Органы были заморожены до -130 °C, а после разморозки пересажены обратно – почки функционировали. Возможно, в будущем появятся банки замороженных органов, что решит проблему нехватки доноров.

Однако, по мнению специалистов, говорить об однозначном успехе пока преждевременно. В эксперименте Арава температуру печени не понижали до уровня, необходимого для длительного хранения. В печени удалось восстановить лишь 80-85% клеток, что не гарантирует ее нормальную работу. Функции пересаженной почки кролика после разморозки также были далеки от оптимальных.

По прогнозам экспертов, обратимая криоконсервация органов станет возможной при правильном подборе криопротекторов и режимов охлаждения и согревания. В этих направлениях работают Фэй, Арав и многие другие ученые. Вариантов очень много, и пока неясно, сколько времени потребуется, чтобы увеличить срок хранения органов.

Когда это произойдет, следующей задачей станет сохранение целых организмов. Новое развитие получит крионика — глубокая заморозка тела (или мозга) человека после смерти с целью его последующего оживления.

Криоконсервация: За горизонты будущего

Если раньше концепция "жизни после смерти" оставалась уделом научно-фантастических произведений, то сегодня прогрессивные научные деятели допускают вероятность осуществления подобных сценариев. Они интенсивно разрабатывают методы "возвращения к жизни" пациентов, находящихся в состоянии криогенной консервации. Это напоминает пьесу Маяковского "Клоп", где персонажа случайно замораживают и через пятьдесят лет извлекают из анабиоза.

Спустя полвека после того, как мир впервые познакомился с "крионикой" благодаря книге "Перспективы бессмертия" (1964) ученого-физика Роберта Эттинджера. В своем труде он подробно изложил способ продления жизни посредством замораживания после кончины, вдохновив профессора психологии Джеймса Бедфорда на проведение криоконсервации. В 1967 году Бедфорд стал первым в мире человеком, подвергнутым криогенной заморозке.

Первостепенной задачей крионики является создание наилучшего метода вывода объекта из замороженного состояния.

В настоящее время около 250 человек ожидают регенерации в специализированных криохранилищах при температуре -196 °C, включая более 30 граждан России. Более 10 тысяч человек заключили договоры на криоконсервацию, надеясь на то, что наука будущего сможет вернуть их к жизни, и готовы платить за это значительные денежные суммы: цена варьируется от 12 тысяч до 200 тысяч долларов в зависимости от выбранного типа услуги (к примеру, сохранение всего тела или только мозга, в надежде на создание нового искусственного тела в будущем).

Каков процесс криоконсервации? Организм насыщают криопротектором через сосудистую систему, помещают в криостатную капсулу, заполняя ее жидким азотом. Процесс замораживания занимает несколько дней, после чего пациента размещают в специальной морозильной камере головой вниз, чтобы в случае аварийной утечки азота мозг как можно дольше находился в условиях пониженной температуры.

Современный уровень развития науки пока не позволяет реанимировать тех, кто находится в криостазе. Однако есть оптимистичные прогнозы, что в будущем будут изобретены принципиально новые технологии размораживания, которые сейчас трудно представить – подобно тому, как 30 лет назад никто не предвидел появление смартфонов и социальных сетей.

Известный американский ученый, популяризатор нанотехнологий Эрик Дрекслер, предположил, что оживление замороженных людей будет осуществляться с помощью медицинских нанороботов – устройств для восстановления клеток. Возможно, это будет "стая" микророботов, способных "ремонтировать" поврежденные ткани и клетки, например, восстанавливать повреждения клеточных мембран, вызванные кристаллами льда. В другом варианте это может быть единая система с миллионами манипуляторов. Эксперт в области наномедицины Роберт Фрейтас прогнозирует, что первое оживление криопациента может произойти между 2040 и 2050 годами. "Основоположник" крионики Роберт Эттинджер, скончавшийся в 2011 году, был более осторожен в своих прогнозах: по его мнению, реальный срок возвращения к жизни клиента криофирмы – не ранее 2150 года.

В России концепция криоконсервации стала популярна около десяти лет назад. С 2005 года в Подмосковье функционирует компания "КриоРус", одна из трех крупнейших в мире, занимающихся криоконсервацией и сохранением клиентов (две другие, Cryonics Institute и Alcor Life Extension Foundation, находятся в США).

До возникновения "КриоРус" в России не было возможности хранить людей в криостатах. Поэтому тела умерших охлаждали до необходимой температуры и транспортировали в Cryonics Institute в США, где проводили полную процедуру погружения в жидкий азот и помещали в морозильные камеры до лучших времен. Сегодня в хранилищах российской компании находятся 34 человека, и более сотни заключили контракт на криосохранение в будущем.

В России, как и в большинстве стран, законодательные нормы не позволяют замораживать людей до момента прекращения сердечной деятельности, пока врач не подтвердит факт смерти. Но следует ли предоставлять человеку право выбора момента криоконсервации, например, в ситуациях, когда медицина признала его неизлечимо больным? "С моей точки зрения – да, – утверждает Игорь Артюхов. – Человек должен иметь право распоряжаться своей жизнью и своим телом, иначе что ему вообще принадлежит?"

Игорь Артюхов полагает, что крионика способна помочь нам победить неизлечимые в настоящее время заболевания.

Битва за мозг

Если криоконсервация не была проведена своевременно, специалисты предлагают сохранить ДНК человека, его генетическую информацию. Это возможно как при жизни, так и после смерти. ДНК несет в себе информацию не только о врожденных особенностях личности, но и о ее предках. Однако вся информация о жизненном опыте и воспоминаниях содержится только в клетках головного мозга – поэтому сторонники крионики стремятся сохранить именно мозг в неповрежденном состоянии.

Эта задача сложна, и ученые занимаются ее решением уже не одно десятилетие. Интересно, что эксперименты по замораживанию мозга, хотя и не человека, а кошки, проводил еще в середине XX века японский ученый Исаму Суда. После размораживания мозг был сильно поврежден, но ученые зарегистрировали в нем электрические импульсы. Это стало сенсационным открытием.

С тех пор наука не очень далеко продвинулась. Энтузиасты "вечной жизни" предлагают альтернативный путь: почему бы не скопировать информацию с человеческого мозга на искусственный носитель? Если рассматривать личность человека как объем информации, носителем которой является головной мозг, то, научившись сохранять конфигурацию нейронных сетей, мы сможем восстанавливать личность по этой конфигурации.

Вероятно, прямо сейчас закладывается основа для научного прорыва в области копирования мозга, благодаря двум крупным проектам: американскому BRAIN Initiative и европейскому Human Brain Project. В швейцарской Лозанне состоялась "стартовая" встреча организаторов европейского проекта, в котором участвуют более 100 научных организаций из разных стран. Ранее президент США Барак Обама объявил о выделении финансирования американского проекта, который был запущен в 2014 году. В него также инвестируют частные инвесторы; фактически исследования уже ведутся на их средства. Помимо этого, активно развивается проект Blue Brain компании IBM и другие проекты меньшего масштаба.

Можно утверждать, что "битва за мозг" началась. Если данные проекты будут развиваться по плану, то в ближайшие десятилетия возникнет возможность не только успешно восстанавливать мозг, поврежденный при криосохранении, но и создавать его цифровую копию на компьютерном носителе. Затем дело техники – поместить "мыслящий орган" в размороженное тело или в новое искусственное тело. Время покажет.