Ученые впервые оживили клетки мозга после экстремальной заморозки
Ученые из Университета имени Фридриха-Александра в Эрлангене-Нюрнберге (FAU) и Эрлангенской университетской клиники (Германия) впервые смогли сохранить участки мозга с помощью экстремальной глубокой заморозки и восстановить их работу после размораживания. Результаты опубликованы в журнале PNAS.
Секреты заморозки в природе
Природа давно демонстрирует удивительные решения для выживания при экстремальном холоде. Сибирская саламандра может переносить -50 °C и оставаться в вечной мерзлоте десятилетиями. Все благодаря печени, которая вырабатывает глицерин — вещество, действующее как антифриз, понижая точку замерзания и защищая клетки от повреждений при замораживании и размораживании.
«Образование кристаллов льда разрушает клетки, повреждая их наноструктуру. Даже крошечные ледяные кристаллы могут механически разрывать мембраны и синапсы, что делает ткань нефункциональной», — объясняет доктор Александр Герман, руководитель отдела молекулярной неврологии в Эрлангене.
Аналогично работают химические вещества при витрификации человеческих эмбрионов: вода в клетках переходит в стеклообразное состояние. Оно твердое как лед, но молекулы не образуют регулярной решетки, что предотвращает повреждения.
Секреты безопасной заморозки мозга
До сих пор сохранить нервную ткань так, чтобы она могла снова работать, считалось невозможным. Мозг содержит миллионы нейронов, соединенных бесчисленными синапсами. Традиционные антифризы часто токсичны, а сам процесс заморозки разрушает сложную сеть связей, лишая клетки функциональности.
Команда FAU создала оптимизированный состав консервантов и тщательно разработала процесс охлаждения. Срезы гиппокампа грызуна охлаждали до -130 °C. Гиппокамп важен для памяти и обработки информации, что делает его идеальной моделью для проверки сохранности структуры и функции. После размораживания с помощью электронной микроскопии исследователи убедились, что наноструктура ткани не повреждена.
«Нейроны снова начали обмениваться электрическими сигналами. Это подтверждает, что сложная сеть синапсов осталась функциональной», — рассказывает Герман.
Доктор Фан Чжэн показал, что нейроны не просто активны, но и способны к долговременной потенциации — процессу, который укрепляет активно используемые синапсы и делает передачу информации более эффективной.
«Этот механизм критически важен для обучения и формирования памяти», — объясняет Герман.
Это первый случай, когда витрифицированная нервная ткань сохранила способность к такому сложному клеточному процессу.
Применение в медицине и исследованиях
Метод позволяет хранить ткани мозга в функциональном состоянии долгое время. Это особенно важно при операциях по удалению патологических участков, например при эпилепсии. Образцы можно исследовать спустя годы, тестировать новые препараты и изучать нейродегенеративные заболевания.
Александр Герман видит и более амбициозное применение:
«В будущем можно будет помещать целые организмы в искусственную спячку и возвращать их к жизни после длительного периода. Это может быть полезно для космических путешествий или лечения болезней, которые сегодня считаются неизлечимыми».
