Una helada inmortalidad

¿Qué es la criónica y es posible encontrar la inmortalidad en nitrógeno líquido?

 

Ha pasado más de medio siglo desde el día en que el cuerpo de la primera persona fue criogenado en California, después de haberlo enfriado a menos de -70 grados centígrados. Este hombre era James Bedford, profesor de psicología en la Universidad de California. Bedford, un paciente con cáncer incurable, respondió a una propuesta de la California Cryonics Society, que prometió congelar el cuerpo del primer voluntario sin cargo después de su muerte. Desde ese momento, el cuerpo de Bedford está en un estado frío en nitrógeno líquido, esperando que la ciencia se desarrolle lo suficiente como para darle otra oportunidad en la vida. En los últimos 51 años, la criónica se ha desarrollado significativamente e incluso se ha convertido en un negocio, y la cantidad de personas congeladas que esperan la resurrección ya está en muchas docenas. El biólogo y periodista científico Alexander Ershov habla sobre este fenómeno y qué dificultades obstaculizan la congelación de organismos enteros con la perspectiva de su posterior retorno a la vida.

Imagina que tienes una abuela, que recientemente ha estado sintiendo completamente indispuesta. La abuela tiene una enfermedad hereditaria grave, causada por una sola mutación bastante conocida para los médicos. Y aunque se sabe casi todo sobre el inicio y el desarrollo de la enfermedad, nuestra imperfecta medicina no puede curarla todavía. Y ahora, tropezándote regularmente con las noticias sobre edición genómica, sobre vacunas de ADN y los primeros éxitos de probar el sistema CRISPR / Cas9, entiendes que incluso al menos en unos 20-30 años, tu abuela podría, después de recibir una pequeña terapia de ADN, recuperarse Sin embargo, como acordamos inicialmente, la abuela se siente mal hoy y no en 20 a 30.

Obviamente, la forma más lógica de salir de la situación sería ganar tiempo de algún modo, "congelando" el curso de la enfermedad. O por ejemplo, congelar a la abuela en el sentido literal: su cuerpo puede almacenarse en nitrógeno líquido hasta que vengan mejores tiempos con la expectativa de que en el futuro cualquier enfermedad, por más pesada que sea, pueda ser curada por los médicos. Es imposible congelar legalmente a una persona viva, pero no ocurre lo mismo con la muerte, siempre y cuando se prepare el cuerpo lo más pronto posible para el futuro.

Las compañías que ofrecen tales servicios ya existen. Y no solo en algún lugar de los EE.UU., sino, por ejemplo, aquí en los suburbios de Moscú. La compañía "CryoRus" se ha dedicado a esto durante muchos años y por unos 36 mil dólares está listo para proporcionar el almacenamiento permanente de todo el cuerpo. Si parece caro, entonces por una ridícula suma de 15 mil dólares uno puede salvar una cabeza o cerebro por separado. Además, la compañía está lista para ofrecer a sus clientes cuotas parciales o una suscripción anual. Entonces, sería extraño no usar un servicio tan accesible, especialmente dado que la única alternativa en este caso es la muerte, el funeral y la desintegración final.

En el ejemplo de una hipotética abuela, tal decisión parece ser la más lógica y simple. Y muchas personas que enfrentan tal dilema no son hipotéticas, sino bastante reales, finalmente deciden que sí. Hoy ya son cientos de personas.

El problema es que no todas las soluciones que parecen lógicas y simples son realmente ciertas. No hay garantías y lo contrario es más probable: los intentos de salvar vidas a bajas temperaturas están condenados al fracaso. Además se afirma que solo los estafadores se dedican a actividades similares. La vida es mucho más complicada que este esquema, pero para entender dónde en esta historia hay un límite entre la ciencia y la charlatanería, se requerirá una historia bastante larga.

El físico Michio Kaku de manera sucinta pero convincentemente explica los problemas de la criónica en su forma moderna.

There's a starman waiting in the sky

En el verano de 1931, Rob Ettinger tenía 12 años. Era el momento pico de la Gran Depresión, y la recesión económica fue especialmente aguda en Detroit, donde Rob vivía con su familia (por cierto, venían de Rusia). Al igual que muchos de sus compañeros, el niño era aficionado a la ciencia ficción, y su principal fuente en ese momento eran las revistas ilustradas, como "Amazing Stories", donde fueron publicados clásicos como Jules Verne y Herbert Wells. Y así, en el lanzamiento de "Amazing Stories" para julio de 1931, Rob se encontró con la historia "Sputnik Jameson", cuyo autor Neil Jones, fue importante para la historia del género, aunque sea poco conocido hoy.

La historia fue la siguiente: cierto profesor Jameson envía su cuerpo a la órbita de la Tierra con la expectativa de que en el espacio, a una temperatura cercana al cero absoluto, se convierta en un compañero independiente de nuestro planeta y permaneciera intacto por un tiempo ilimitado (recientemente vimos algo similar, solo con un maniquí en lugar de un cuerpo real). Luego en millones de años, una raza cyborg de humanos encuentra el cuerpo de Jameson en órbita, su cerebro es reanimado, conectado a un esqueleto robótico, y el ex profesor se convierte en un miembro de pleno derecho de la comunidad alienígena del futuro.

La historia dejó una huella indeleble en Ettinger, y la idea de la posibilidad del almacenamiento perpetuo del cuerpo a bajas temperaturas lo persiguió por el resto de su vida. Varios años después, las noticas del trabajo del biólogo y filósofo francés Jean Rostand, quien fue uno de los primeros en aprender a mantener biomateriales viables a temperaturas bajo cero, estaban inmersas en las impresiones: el francés trabajó con esperma de rana. En 1947, impresionado por sus logros, Ettinger escribió la historia "The Penultimate Trump", una vivida historia en la que se desarrolló la criónica por primera vez. Según Rob, esta tecnología debería convertirse en algo así como una máquina de tiempo unidireccional, a través de la cual será posible enviar pacientes incurablemente enfermos al brillante futuro de la medicina de alta tecnología y así garantizar la longevidad indefinida de una persona.

La historia fue publicada en la revista de ciencia ficción Startling Stories, y después de otra década y media, las ideas de Ettinger volvieron a ser publicadas aunque ya en un formato de no ficción: el libro "The Perspective of Immortality".

La publicación fue seguida por una lucha por el reconocimiento, los primeros partidarios, la formación de la Sociedad Crionica y, finalmente, la primera congelación real. Ettinger vivió una vida bastante larga, vio los altibajos del movimiento fundado por él y murió solo en 2011, a la edad de 92 años. Como se puede imaginar, su cuerpo fue congelado en nitrógeno líquido: el padre de la criónica se convirtió en el "paciente" 106 del Instituto Cryonics.

El fundador de la compañía Alcor, McMoore realiza un recorrido por su almacenamiento criogénico, el más grande del mundo en la actualidad.

Canción de Hielo y Fuego

Las ideas de Ettinger se convirtieron en el núcleo del movimiento, que hoy se llama transhumanismo. Dentro del transhumanismo, la criónica colinda con la cyborgización, la propagación de una extensión radical de la vida, todo lo cual está de moda ahora con el biohacking y otros temas cyberpunk. Dependiendo del temperamento personal y el trasfondo educativo de los transhumanistas, estas ideas pueden mutar en formas más o menos radicales, desde bastante realistas (como órganos artificiales en crecimiento) hasta completamente erráticos (como la migración de la conciencia a Internet).

Sería imposible contar la historia de todo este movimiento en un solo texto, e incluso el aspecto práctico de la criónica en sí, las historias increíbles de la creación de las compañías Alcor y CryoRus, las historias e impresiones de sus clientes y críticos, los escándalos como la bancarrota de Alcor y la pérdida de cuerpos crionizados (todo el séquito que se acumuló alrededor de la criónica durante varias décadas, descrito con tanto detalle que sería inútil estropear las historias de otras personas con el recuento). Así que dejemos los escándalos e intrigas a un lado por un momento, aceptemos la existencia de servicios de congelación y tratemos de comprender cómo, en principio, los objetivos nobles de la criónica son alcanzables, y los métodos utilizados son adecuados para las tareas. Para hacer esto, necesitamos profundizar en la forma en que el agua, las células y el tejido vivo se comportan cuando se baja la temperatura.

El requisito previo principal para la existencia de la criónica es el hecho de que a temperaturas cercanas al cero absoluto, los procesos químicos disminuyen drásticamente, lo que significa que el tiempo se detiene para el tejido vivo, esto nos permite arreglar el estado del sistema hasta que decidamos qué es necesario hacer. La razonabilidad de tal enfoque se notó incluso en la (antigua) regla Van't Hoff, según la cual "con la disminución de la temperatura por cada 10 grados, la constante de velocidad de una reacción elemental homogénea disminuye de dos a cuatro veces". Para el tejido biológico, que, por ejemplo, se enfrió desde 37 grados Celsius hasta el punto de ebullición del nitrógeno líquido, esto significa ralentizar todos los procesos por al menos 13 órdenes (223), y para las reacciones enzimáticas, que para los biosistemas son mucho más importantes, la caída en la velocidad será aún mayor.

En otras palabras, si solo hablamos sobre desacelerar el curso de las reacciones, específicamente sobre el punto de almacenamiento, entonces no hay problemas con la criónica. Incluso sus más feroces críticos lo admiten. Pero los problemas comienzan en todos los demás lugares.

Para alcanzar la temperatura del nitrógeno líquido, primero se debe enfriar el cuerpo. Hay muchos efectos complejos. Por ejemplo, las membranas celulares pierden su elasticidad, y las proteínas diseñadas para trabajar a temperatura normal, pueden comenzar a desnaturalizarse. Ambas son cosas importantes que podrían negar los esfuerzos para preservar la viabilidad de las células, pero su influencia se desvanece ante el problema de los cristales de hielo.

El mecanismo detallado de la cristalización del agua no es tan simple como parece: ha sido bien estudiado en el caso del agua pura, pero además del H2O en sí mismo, hay sales y proteínas, azúcares y membranas semipermeables, y muchas otras cosas. La causa de la aparición de hielo es la ventaja termodinámica de este proceso cuando la temperatura cae por debajo de un cierto umbral. La presencia de sales, azúcares y otras sustancias en el agua puede reducir este umbral, pero esta dependencia tampoco es simple: por ejemplo, la sal de NaCl puede mantener el agua líquida sin problemas a -21.4 grados Celsius. También es importante recordar que, en sí misma, la "rentabilidad del proceso" no significa su implementación inmediata: la termodinámica controla solo la dirección de la reacción, pero no su velocidad. Y esta velocidad, por supuesto, depende de la temperatura en sí misma.


 

El punto de congelación de una solución de cloruro de sodio en agua a diferentes concentraciones de sal. En el punto más bajo, a una temperatura de -21,4 grados Celsius, la proporción de NaCl es del 24% en peso. La concentración se da en unidades molares.
Pegg, D.E. The History and Principles of Cryopreservation, Semin Reprod Med., 2002 DOI: 10.1055/s-2002-23515

Tomemos un ejemplo concreto. ¿Qué sucede generalmente con las frambuesas, que uno deja en el congelador para poder consumirlas en invierno? Por lo general, se convierten en bayas hermosas con un exterior sólido, y después de la descongelación, se convierten en una uniforme. Esto se debe a la formación de cristales de hielo en las células, que destruyen la integridad de las membranas y el contenido fluye hacia el espacio intercelular. Si hubo hielo durante la congelación en las células, entonces no hay ninguna posibilidad de retroceder la situación y salvar las células.

Algunos partidarios particularmente radicales de la criónica creen que los nanorobots de un futuro lejano pueden acudir al rescate, pueden reparar las células dañadas. Es mejor leer tales fantasías y luego comprarlas con las habilidades de los los nanorobots reales, y sacar conclusiones de forma independiente.

Si la aparición de cristales de hielo intracelulares es instantánea, ¿entonces tal vez este proceso se puede prevenir si el procedimiento de congelamiento se hace más lento? De hecho, el espacio intra y extracelular es muy diferente en volumen y estructura, por lo que la aparición de puntos de nucleación de hielo es mucho más probable en el espacio intercelular. Cuando el sistema se enfría inicialmente (es decir, cerca del punto de fusión), la velocidad de formación de hielo está limitada precisamente por el número de puntos de nucleación, por lo tanto, con un enfriamiento suficientemente lento, el hielo ocurre predominantemente desde el exterior, en lugar de dentro de las células. Esta es una situación potencialmente mucho más favorable, pero hay un "pero": el hielo no tolera casi ninguna impureza en su estructura, por lo tanto, todas las sales y el azúcar del medio intercelular durante la cristalización se desplazan a la fase líquida. Debido a esto, la presión osmótica en el tejido aumenta decenas de veces y las células se someten a una momificación realmente lenta en la salmuera (esto se muestra claramente en experimentos donde, en lugar de exposición al frío, las células simplemente se colocaban en una solución de salmuera cuya la concentración correspondió a una temperatura dada, el resultado en ambos casos coincide).


 

El porcentaje de glóbulos rojos muertos (nivel de hemólisis) en dos experimentos. En la primera incubación, se llevó a cabo una congelación, en la segunda solo en solución salina. En el último caso, la concentración de la solución correspondía a la presión osmótica en la fase líquida de la sangre congelada, obtenida sobre la base de cálculos.
Pegg, D.E. The History and Principles of Cryopreservation, Semin Reprod Med., 2002 DOI: 10.1055/s-2002-23515

Entonces, con un enfriamiento lento, las células ya no se rompen, como en el caso del enfriamiento rápido, sino que, por el contrario, se secan. Pero es poco probable que esto complazca a los partidarios de la criónica: resulta que al regular la tasa de enfriamiento, uno puede controlar solo la causa de la muerte celular pero no eliminarla. A continuación se muestran gráficas de la supervivencia de las células de diferentes tipos a diferentes velocidades de enfriamiento: está claro que incluso en el caso de las levaduras unicelulares primitivas, la velocidad de enfriamiento más óptima lleva al hecho de que la mitad de las células muere irreversiblemente. Esto no es un problema para la levadura, en la que una célula es suficiente para restaurar la tensión. Pero, ¿qué pasará si (con un esfuerzo titánico) alguien logra alcanzar un nivel similar de supervivencia celular durante la criónica humana? Como máximo, no se tendrá un cadáver, sino solo un cuerpo medio muerto. 

La proporción de células en congelación/descongelación después del ciclo, dependiendo de la velocidad de enfriamiento de la muestra. Para todas las muestras, tanto de células de levadura como de animales, solo hay un punto óptimo de velocidad de enfriamiento, y la tasa de supervivencia en él está lejos del 100%.
Pegg, D.E. (1972) Cryobiology. In: Proceedings of the fourth international cryogenic engineering conference, Eindhoven. IPC Science and Technology Press, Guilford, UK, pp 47–54

El tiempo se acabó

¿Entonces es imposible mantener las células vivas cuando se congela, y la actividad de todas estas compañías criónicas es pura estafa?

En cuanto a la segunda parte de esta declaración, la mayoría de los científicos piensan que sí. Pero la primera parte es realmente incorrecta, de lo contrario no tendría sentido comenzar toda esta conversación. Los experimentos sobre la preservación de células y tejidos vivos a bajas temperaturas se llevan a cabo con bastante éxito, pero sus resultados reales aún están muy lejos de tareas tan ambiciosas como las que las compañías criónicas decidieron hace mucho tiempo.

Una distinción terminológica debe hacerse aquí. Si la criónica es el nombre de la idea de Ettinger para preservar los cuerpos humanos con el fin de ser posteriormente reavivados y tratados, el desarrollo de métodos para la preservación de células y tejidos a baja temperatura se llama criopreservación, y toda la ciencia que lo acompaña es la criobiología. Una parte importante de los especialistas en este campo son los embriólogos que mejoran constantemente los métodos de congelación y descongelación de esperma, óvulos e incluso embriones y tejidos genitales. Los científicos intentan constantemente adaptar los métodos existentes de criopreservación para órganos más grandes y complejos. Experimentos con vasos sanguíneos, cartílago y córnea ya se han desarrollado, y otros con riñones y ovarios se llevan a cabo en animales. Pero transferir los resultados obtenidos ahora al cuerpo humano en su conjunto es como vender tierras en exoplanetas del sistema TRAPPIST; obviamente, linda con la delincuencia.

¿Cómo podemos mantener la viabilidad de las células cuando se congelan si, como ya hemos establecido, ni la velocidad de enfriamiento alta ni la baja pueden evitar la formación de hielo? La esperanza de que esto todavía sea posible, se encuentra detrás del término "vitrificación" (de la raíz latina vitrum - "vidrio").

La vitrificación o glaseado implica la obtención de una sustancia en un estado amorfo inestable en el que la formación de cristales de hielo a baja temperatura todavía es termodinámicamente ventajosa, pero no se produce por razones cinéticas. La vitrificación se puede lograr si la tasa de crecimiento de los cristales no se mantiene al ritmo del aumento de la viscosidad que se produce cuando se baja la temperatura. El hecho es que el crecimiento del cristal requiere el movimiento de las moléculas de agua antes del crecimiento del cristal, y la velocidad de este proceso depende de la viscosidad. Si agrega una sustancia a la solución que aumenta la viscosidad, el movimiento de las moléculas puede casi detenerse, y con ello el crecimiento de los cristales también se detiene. El sistema parece congelarse y no alcanzar un estado más enérgico favorable.

La vitrificación no es una varita mágica, que le permite sortear mágicamente las prohibiciones de la física. Desde el punto de vista de la práctica de la criopreservación, esta tiene sus propios lados "oscuros". En primer lugar, requiere concentraciones muy grandes, enormes, de crioprotectores, sustancias destinadas a aumentar la viscosidad del medio. Y debido a que casi cualquier sustancia en tales concentraciones es tóxica, los científicos se enfrentan de nuevo con un dilema: muerte por hielo o muerte por pelear contra el hielo.

El comportamiento de una solución de glicerol (históricamente el primer crioprotector) se muestra con enfriamiento lento. En el diagrama de fases, Tm indica la temperatura de cristalización del agua a una determinada concentración de glicerina, y Tg es la temperatura de vitrificación de la solución. La flecha muestra la concentración de glicerina y la temperatura de la fase líquida del sistema. Se puede ver que el enfriamiento inicial conduce a un estado inestable cuando los cristales de hielo aún no se han formado y la concentración de glicerina en la solución restante es constante. Luego la concentración comienza a crecer, exactamente después de Tm, hasta que, en algún punto, la velocidad de enfriamiento es más rápida que la tasa de crecimiento de los cristales y el sistema supera el umbral de vitrificación Tg. A velocidades de enfriamiento más altas, esta inflexión ocurre antes.
Cryopreservation and Freeze-Drying Protocols. Methods in Molecular Biology v. 1257

En segundo lugar, no es muy exitoso alcanzar la temperatura de vitrificación, los puntos en los que la tela celular se convierte en vidrio. También es necesario pensar en cómo regresar de este estado a la temperatura ambiente. El problema es que al enfriar, al moverse hacia abajo a través del umbral de acristalamiento, la cantidad total de hielo se ve limitada por la velocidad de crecimiento de los cristales ya existentes, sin embargo, se forman nuevos centros de nucleación similares a las avalanchas. Cuando se mueven en la dirección opuesta, es decir, se calientan la velocidad de crecimiento de los cristales se acelera con cada grado hasta la temperatura de fusión. Todo esto lleva al hecho de que la tasa de calentamiento crítico para los tejidos vitrificados es siempre varios órdenes de magnitud (a veces cientos de miles de veces) mayor que la tasa de enfriamiento crítico. Por lo tanto, en los últimos años, se ha prestado mucha atención en esta área a métodos innovadores de calefacción y no de enfriamiento. Entre las posibles opciones está el uso de emisiones de radio o calentamiento por inducción de partículas ferromagnéticas introducidas previamente en el tejido.

La situación real en esta área se describe mejor con el ejemplo del trabajo de Greg Fahi, uno de los expertos más famosos en criobiología (que, por lo que uno puede juzgar, generalmente es bastante favorable a las ideas del transhumanismo, lo cual es raro para un biólogo). El grupo Fahi ha estado intentando durante varios años aprender cómo congelar y descongelar los riñones de los conejos de forma que conserven su función fisiológica. El propósito de este trabajo es comprensible: según las estadísticas, hasta el 60% de los órganos que se pueden utilizar para trasplante terminan sus vidas en la basura, y esto a pesar del hecho de que en las colas para los cuerpos llegan miles de personas. Se estima que si la mitad de estos órganos se utilizaran para su propósito previsto, las colas de trasplantes desaparecerían durante un par de años como.

El problema es que, incluso en condiciones de frío, la máxima viabilidad de los órganos donados se mide en horas: 36 horas para los riñones más duraderos y 4 horas para el corazón y los pulmones. Durante este tiempo, es muy difícil encontrar al destinatario correcto y organizar rápidamente una operación de trasplante. La creación de bancos de cuerpos congelados podría resolver este problema, pero la complejidad técnica de esta tarea aún no se ha superado. Por ejemplo, según Fahi, incluso un pequeño cambio en el protocolo de enfriamiento puede tener consecuencias dramáticas para el resultado, lo que hace que la selección de parámetros para cada órgano sea muy difícil.

Hace varios años, el grupo logró reducir la formación de hielo en la vitrificación de los riñones de conejo al 6% del peso corporal y demostrar su viabilidad. Pero incluso esa cantidad aparentemente pequeña de hielo destruye el sistema circulatorio del órgano y elimina los beneficios prácticos del trasplante. Solo aumenta 1.5 veces el tiempo de perfusión del órgano y la formación de cristales cesará, pero las células renales dejarán de resistir el efecto tóxico de los crioprotectores y morirán.

Resulta que incluso en el caso de un órgano en particular, hay algunos 15 minutos extra de perfusión, algunas sutilezas del procedimiento (uno puede imaginar que tan fina, compleja y larga sería necesaria la optimización, si tratamos de hacer la misma mayoría con todo el cuerpo de una persona). No es de extrañar que las empresas comerciales que se ocupan de la criónica prefieran hablar de nanorobots y la inevitable singularidad tecnológica para realizar dicho trabajo.

 

***

Por supuesto, si nos fijamos en el problema criónico más ampliamente, no hay nada fundamentalmente imposible en él. Algunos escarabajos, ranas y los tardígrados se reirán de los problemas humanos: han aprendido a sobrevivir durante mucho tiempo sin consecuencias significativas. Algunos de ellos para este propósito sintetizan de forma independiente en sus cuerpos crioprotectores como la glicerina o la glucosa, otros generalmente resuelven el problema del hielo radicalmente, deshaciéndose casi por completo de su cuerpo del agua.

Pero ¿qué podemos hacer? Afortunadamente, tenemos un cerebro, lo que significa que en algún momento debido al desarrollo de la tecnología y al progreso de la criobiología, aún podemos estar un poco más cerca de su brillante perfección. A juzgar por el ritmo de los logros reales, este brillante futuro no se ve imposible. Y aunque nos estamos moviendo en esta dirección, lo mejor es seguir las palabras del divulgador de la ciencia, el fundador de la revista "Skeptic" Michael Shermer, dijo sobre la criónica:

"El problema de explorar las tierras fronterizas de la ciencia es encontrar ese equilibrio entre tener la mente abierta lo suficiente como para obtener nuevas ideas radicales y no tener una mente tan abierta como para que los cerebros se caigan".

 

Alexander Ershov

Traducido por Victor Román
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma

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