Господин Свещаров
Разкази за съвременната биология (9)

Леденото бягство от смъртта

Когато през 1968 г. студентът от Нюйоркския университет Стивън Джей Мендъл издаде чек от 8500 долара на името на Нюйоркското криогенно дружество, шестима американски граждани вече си бяха откупили правото на „безсмъртие“. Агентите на дружеството първоначално покрили бездиханното тяло на Мендъл с лед, след което впръскали в него разтвора „Антимраз“ и го поставили в специален метален цилиндър, охлаждан с течен азот до –196°C. В криокамерата била поставена магнетофонна лента, на която били записани най-важните неща от живота на Мендъл. Тези сведения трябва да осведомят бъдещите лекари за подробностите около смъртоносната болест на пациента от миналото и да ги улеснят при лекуването му, а също и „възкръсналият“ Мендъл да намери отново своята самоличност.

Според меродавни вестници на САЩ сега в различни медицински центрове на страната се пазят дълбоко замразени 20 тела. Това са били богати хора, неизлечимо болни предимно от рак, и техните близки се надяват, че когато медицината вече бъде в състояние да лекува болестите, които са предизвикали смъртта на родствениците им, след успешна хирургическа или медикаментозна намеса лекарите на бъдещето ще вдъхнат втори живот в замразените им тела. Казано по-точно, това няма да бъде начало на втори живот за въпросните пациенти, а по-скоро продължение на първия. Някои от най-ентусиазираните привърженици на подобен вид „безсмъртие“ дори твърдят, че не е изключено в бъдеще да се стигне до няколко последователни размразявания и замразявания, което на всеки пациент би осигурило една своеобразна „вечност на етапи“ или, още по-точно казано, безсмъртие на… изплащане!

Съобщенията за дейността на криогенните дружества (от гръцката дума криос — студ) предизвикаха голям интерес в целия свят. Наскоро до председателя на БАН академик Ангел Балевски се получи запитване, какви са действителните постижения на биологията и медицината в усилията им успешно да замразяват и размразяват клетки, органи и цели системи. Веднага трябва да кажем, че криобиологията, т.е. науката, която изследва реакциите на живите клетки към ниските температури, е все още много млада и едва в наши дни започва да постига по-сериозни научни резултати с практическо значение. Засега изследванията на криобиолозите от цял свят са насочени към откриването на най-рационални методи за успешно дълбоко замразяване и запазване на семенна течност, яйцеклетки и зародиши от едри и дребни преживни животни, а също и на семена от растения. Резултатите от подобни изследвания намират все по-широко приложение в земеделието, животновъдството и медицината. В контейнери с течен азот при температура –196°C се пазят много микроорганизми, семена и семенна течност от диви животни с цел да се запази генетичното разнообразие на видовете, които населяват Земята. При температури под –80°C се консервират костен мозък, кръв, очна роговица, бъбреци и други тъкани и органи, които се използуват за трансплантиране на нуждаещи се пациенти.

Тук искаме да направим малко отклонение. Вероятно малцина от нашите читатели знаят, че един от първите учени със световна известност, работил в областта на криобиологията, е бил българският гражданин от руски произход проф. Порфирий Иванович Бахметиев. В продължение на 22 години този бележит изследовател разви в нашата страна обширна научноизследователска дейност в областта на физиката и биологията. Ето какво казва съветският биолог проф. Пьотр Юлиевич Шмит за изследванията на проф. Бахметиев по въпросите на анабиозата (състояние на организма, при което протичащите в него жизнени процеси се извършват извънредно бавно): „В края на 90-те години на миналото столетие се появиха редица научни трудове на проф. П. Ив. Бахметиев, които разкриваха възможността животът в един организъм да бъде преустановен чрез ниска температура, а след това наново възстановен. Бахметиев доказа чрез много по-точни от неговите предшественици опити, че при замразяване организмите могат да издържат температури, значително по-ниски от 0°C, и да се съживяват дори след като температурата на тялото им е спаднала до –9°C или –10°C.

Опитите на проф. Бахметиев с пеперуди и прилепи, намиращи се в зимен сън…, му позволиха да направи заключението, че такова анабиотично състояние ще може да се получи и при другите гръбначни животни, и то не само при студенокръвните, но и при топлокръвните, обаче при известни специални условия.“

За най-голямо съжаление ранната смърт на проф. Бахметиев (починал на 53-годишна възраст) сложи край на интересните му изследвания в областта на криобиологията. Неговите идеи бяха продължени и доразвити по-късно от такива видни съветски изследователи, като проф. Гайски, Калабухов, Левинсон, Шмит, Платонов и др. Особено ценни резултати постигна съветският учен Фрайбич, който по време на Втората световна война по анабиотичен път успя да получи сухи ваксини срещу редица заразни болести.

Сега в ръководения от акад. Кирил Братанов Институт по биология и имунология на размножаването и развитието на организмите при БАН усилено се работи по въпроси, свързани с криобиологията на половите клетки при селскостопанските животни. В това направление нашите научни работници имат вече постигнати съществени резултати и са желан партньор за редица чуждестранни научни институти при осъществяването на опити, свързани със запазването на полови клетки при ниски температури.

Колкото се отнася до възможностите на медиците в бъдеще успешно да размразяват, съживяват и излекуват замразените в наши дни тела на болни хора, специалистите смятат, че засега това е чиста утопия. Според д-р Дейвид Робинсън, който работи в Катедрата по криобиология при Джорджтаунския университет, това дори е чиста фантастика. „Ние ще можем да говорим за успешно постигната криоконсервация на цялостен човешки организъм едва тогава — казва д-р Робинсън, — когато се научим успешно да запазваме при ниска температура отделни човешки органи, като например мозъка, без при това да нарушаваме паметта или индивидуалността на дадения човек. Тогава глаголът «замразяване» ще придобие съвършено ново значение. Засега на нас не ни се удава все още да замразим успешно, дори парче кожа, без в него да се появят необратими изменения. Тъй че пазещите се в контейнерите с течен азот тела не са нищо друго освен «набор» от различни тъкани на организма.“

Криобиолозите се стремят да разберат какво става с клетките, когато те бъдат замразени и размразени. Ако клетките бъдат замразени бързо, водата в тях образува ледени кристалчета, които увреждат фините мембранни структури в клетките. При бавно замразяване клетките се обезводняват и концентрацията на соли в тях става толкова висока, че се увреждат необратимо клетъчните белтъци. Същевременно трябва да се знае, че различните видове клетки имат различни оптимални критерии за замразяване и размразяване. Така например човешките червени кръвни клетки — еритроцитите — се запазват най-добре, когато се охлаждат 500 пъти по-бързо в сравнение с оптималната скорост за охлаждане на миши зародиши.

След като заговорихме за зародиши, следва да съобщим, че още през 1972 г. миши зародиши бяха подложени на дълбоко охлаждане и запазени в такова състояние. Проведеният опит беше наистина много труден за изпълнение, тъй като повече от 2500 зародиша в различни стадии от развитието им (от една клетка до многоклетъчни стадии) трябваше да бъдат охладени до извънредно ниски температури. Хиляда от зародишите бяха замразени при температура –238°C. След размразяването им повече от половината бяха жизнеспособни и присадени в майчината утроба. Те се развиха в нормално поколение, способно да продължи по-нататък рода си. Опитът за замразяването на зародишите протекъл при особено внимание от страна на експериментаторите. Замразяването и размразяването се извършвали извънредно бавно. Използувани били специални вещества, които предотвратяват образуването на водни кристалчета. При тази методика водата не кристализира, а постепенно дифундира от зародишите. Най-оптималната скорост на замразяване била от 0,3 до 2°C в минута. При понижаване на температурата със 7 и повече градуси зародишите умирали.

Наскоро беше оповестено, че английски изследовател е постигнал замразяване и размразяване на жива тъкан, без тя да се увреди. Той замразявал клетъчна култура (клетки, отглеждани извън организма, в изкуствена хранителна среда) в критичната зона от –30°C до –130°C, при което постигнал минимално увреждане на клетките. По време на замразяването освен химичните криоконсерванти бил внесен и хормонът адреналин. Веднага трябва да кажем, че клетъчни култури са били замразявани успешно и преди това, но в случая за пръв път това било постигнато при достатъчно висока концентрация от клетки, която се приближава до живата тъкан. Най-малките количества клетки може по-лесно да се замразяват, но при по-големи настъпват сериозни увреждания. Причината за това вероятно се крие в лизозомите — клетъчни органели, в които се намират ензимите, „смилащи“ храната на клетите. Тъй като понякога при замразяването стените на клетките се разкъсват, при размразяването ензимите от лизозомите се освобождават, разрушават самата клетка и увреждат непоправимо съседните до нея, които при друг случай биха могли да оцелеят. При размразяването на клетъчната структура експериментаторите са използували алкален разтвор, който е попречил на ензимите да действуват ефективно. Сега английските изследователи са си поставили за цел да овладеят технологията за замразяване на цели органи, например на сърца.

Замразяването на тъкани и органи открива нови възможности пред медицината. Смята се, че в най-скоро време ще стане възможно да се консервира костен мозък на млади здрави хора. Той може да бъде инжектиран няколко десетилетия по-късно, при което ще подмлади имунната им система и ще им помогне да се избавят от някои неприятни и консервативни болести на старостта. Замразяването на органи би позволило на медиците по-дълго време да търсят необходимата за присаждане съвместима тъкан.

Замразяването и повторното използуване на червени кръвни клетки за много клиники са вече обикновена процедура. Криобиолозите са на мнение, че в най-скоро време подобен успех ще бъде постигнат и по отношение на другите кръвни клетки. Засега червените кръвни клетки се замразяват при температури –196, –80 и –20°C. Преобладава мнението, че когато се използуват достатъчни количества глицерин като защитен материал, не е необходима специална апаратура за охлаждане и клетките може да се оставят за изстудяване в обикновен домашен хладилник. Тъй като температурата от –20°C не е в състояние да прекрати напълно жизнените процеси в еритроцитите, необходимо е в клетъчната среда да се включи и известно количество хранителен материал. Така подготвената клетъчна култура може да престои при –20°C до три седмици. Едва ли има нужда да изтъкваме колко голямо значение има възможността да се държат на склад червени кръвни клетки. Те винаги може да доставят необходимото количество кръв от редки кръвни групи и тя ще бъде по-добра, отколкото прясната. Доказано е, че замразената кръв разпространява значително по-рядко болестта хепатит. Предполага се, че причинителят на хепатита се „измива“ при процедурите, с които се отстранява глицеринът. Друго предимство на замразената кръв е ниското съдържание в нея на бели кръвни клетки. Голяма част от тях биват унищожавани при замразяването. Както е известно, белите кръвни клетки са носители на т.нар. трансплантационни антигени, които усложняват присаждането на органи. Когато антигените в органа на донора (дарителя) не съвпадат с антигените от белите кръвни клетки на реципиента (приемника), вероятността присаденият орган да бъде отхвърлен е много голяма. Така че при процесите на присаждане бедната на бели кръвни клетки замразена кръв е най-подходяща. При други болести обаче преливането на такава кръв би се превърнало в трагедия, защото много добре е известно, че белите кръвни клетки са първата защитна бариера срещу болестотворните микроорганизми и лишеният от тях човешки организъм бързо загива от развиващите се в него инфекции. Ето защо сега усилено се търсят най-оптималните начини за замразяване на бели кръвни клетки, а също и на третия вид кръвни клетки, тромбоцитите, които играят голяма роля за съсирването на кръвта.

Най-големият си практически успех криобиологията дължи на Едмон Ростан, който през 1946 г. откри благотворното влияние на глицерина при замразяване на животински клетки. Няколко години по-късно се пристъпи към замразяване на семенна течност от животни и хора за изкуствено осеменяване. Сега половината от едрите преживни животни в света се създават по метода на изкуственото осеменяване със замразена течност.

От 1972 г. насам оплодени яйцеклетки или зародиши в ранното си развитие от заек, едри преживни животни, овце и кози са давали жизнеспособни потомства, след като са били замразени, държани определен период в течен азот, размразявани и успешно имплантирани в утробите на приемните майки. Нещо повече — в няколко страни, като Канада, САЩ, Швеция и други, има организирани институти, които доставят по поръчка замразени зародиши от елитни селскостопански животни. Това може да бъдат зародиши от високопродуктивни млечни крави например, които след имплантиране у животни с по-ниска продуктивност може значително да подобрят качеството на цяло стадо. По този начин хората вече имат в ръцете си метод, чрез който могат дори да ускорят еволюцията при определени организмови видове.

Криобиологичните методи навлизат и в лабораторното животновъдство. Известно е, че за научни изследвания в областта на биологията и медицината годишно в света се отглеждат милиарди индивиди лабораторни животни, като мишки, плъхове, хамстери, морски свинчета, зайци, кучета, котки, маймуни и др., от най-различни линии и с най-различно предназначение. За да се поддържа една линия опитни животни, те трябва непрекъснато да се размножават и понякога се налага цели техни поколения да бъдат избивани, тъй като изхранването им струва твърде скъпо. Сега криобиологичните методи позволяват линиите животни с интересни свойства да се запазват, без да се отглеждат непрекъснато цели колонии от тях. За да се съживи една линия опитни лабораторни животни, сега са нужни само подходящо замразени и запазени зародиши и женско животно, което да послужи като приемна майка. И също нещо много важно — чрез замразяването на зародиши може да се избягнат неизбежно настъпващите „генетични отклонения“ в дадена линия и сигурно да се запазят нейните важни белези (например възприемчивост или невъзприемчивост към дадени туморни заболявания, имунна устойчивост спрямо определени патогенни микроорганизми и пр.).

В растениевъдството усилията на криобиолозите са насочени към запазване на кълняемостта при замразени семена. Вече има съобщения, че семена от 45 вида земеделски култури, държани 6 месеца в течен азот, успешно са покълнали. В Националната лаборатория за запазване на семена в Колорадо (САЩ) се пазят милиарди семена от близо 100 000 растителни вида при –20°C. Всеки 5 години сътрудниците от лабораторията извършват изпитания за кълняемостта на семената. По този начин сегашният растителен генетичен фонд е сигурно запазен, а специалистите имат възможност да работят за създаване на нови, по-високодобивни и по-устойчиви на вредители растителни култури.

Фиг.13. Ето как изглежда клетъчна култура от тъкани на морков, държана няколко месеца в течен азот.

В последно време освен семенна течност от бозайници криобиолозите замразяват семенна течност от няколко вида пъстърва, сьомга и треска, от медоносна пчела, от пленени диви животни и от видове, застрашени от изчезване. Бъдещите изследвания предвиждат замразяване и запазване на семенна течност от влечуги и птици. Първите случаи на бременност при жени, предизвикана със замразена при –196°C човешка семенна течност, датират от 1964 г. Вече има повече от 3000 деца, родени по този начин. При дългогодишните наблюдения върху тях досега не са отбелязани някакви патологични отклонения.

До този момент говорихме само за свойствата на студа да запазва тъканите живи, но в медицината се използуват и неговите разрушителни свойства. Твърдият въглероден двуокис, течният азот и студеният въздух се използуват от криохирурзите за отстраняване или унищожаване на доброкачествени тумори най-вече по кожата, язви в устата, инфектирани места, причинени от враснали в кожата косми, и др. Офталмолозите лекуват 90% от случаите на катаракта по криогенен начин. Някои онколози изказват предположението, че криохирургията има интересна перспектива в борбата срещу раковите болести. Досегашни изследвания върху лабораторни животни са потвърдили, че унищожаването чрез замразяване на експериментално предизвикани злокачествени тумори дава много добър начален тласък на автоимунната реакция в болното животно.

Какво бихме могли да кажем в заключение? Преди всичко това, че първите стъпки на криобиологията, макар и все още плахи и малки, дават твърде обнадеждващи резултати. А някои от тях спокойно можем да поставим на границата между науката и фантастиката. Както може да се предположи, в академичните среди се водят сериозни спорове около моралните, юридическите и икономическите проблеми, които възникват при замразяването на човешки трупове. И докато социолози и икономисти, а и много политици на Запад си поставят трудни за отговор въпроси, като „Къде ще живеят и как ще се изхранват в бъдеще евентуалните милиони замразени наши съвременници“ или „Как «възкръсналите» ще се приспособят към един толкова различен от техния свят“, или „Ще се съгласят ли наследниците да размразяват прародител, на когото трябва да върнат принадлежалото му някога богатство?“, криогенните дружества в редица капиталистически страни продължават да никнат като гъби след дъжд, а големите застрахователни компании също се готвят да извлекат печалби от този нов и многообещаващ необикновен бизнес. Сериозните учени продължават изследванията си и са убедени, че след време въпреки огромните трудности ще стане възможно животински (а дори и човешки!) зародиши да бъдат замразени и запазени при температура, близка до абсолютната нула. Смята се, че такива зародиши биха запазили жизнеността си дори цяло хилядолетие и след успешно размразяване те ще могат да започнат живота си в началото на XXX век. Същевременно искаме отново да подчертаем, че сериозните изследователи все още не мислят да замразяват възрастни индивиди, които да бъдат размразени след години и дори столетия. Защото в криобиологията има твърде много „бели петна“ и за големи успехи в нея може да се заговори едва тогава, когато бъде овладяна методиката за замразяване на отделни тъкани и органи.