Konservierung ohne Einfrieren

Der Begriff Kryonik führt in die Irre. Er lässt an Einfrieren denken, an einen Körper, der zu Eis wird wie ein Steak in der Tiefkühltruhe. Das Ziel lässt sich jedoch genauer mit einer Formulierung beschreiben, die zunächst widersprüchlich klingt: Konservierung ohne Einfrieren. Möglich macht das ein Verfahren namens Vitrifikation: Wie funktioniert es, was kann es leisten und wo liegen seine Grenzen?

Wie ein Körper in einen glasartigen Zustand übergeht

Bei der Vitrifikation geht eine Flüssigkeit in einen festen Zustand über, ohne dass sich jemals Kristalle bilden. Der Begriff leitet sich vom lateinischen Wort vitrum für Glas ab und beschreibt den entstehenden Zustand recht anschaulich. Kühlt man die meisten Flüssigkeiten ab, bilden sich Kristalle. Unter geeigneten Bedingungen und mit passenden Zusätzen können Flüssigkeiten beim Abkühlen immer zähflüssiger werden, bis sie zu einem Festkörper ohne geordnete Kristallstruktur erstarren. Es entstehen keine Kristalle. Die Moleküle behalten dabei annähernd ihre Anordnung aus dem flüssigen Zustand bei, können ihre Position aber kaum noch verändern.

Bei der Kryokonservierung soll dieses Verfahren die Struktur des Gehirns vor Schäden durch Eiskristalle schützen. Dazu wird das Wasser in den Körperzellen weitgehend durch Kryoprotektiva ersetzt und das Gewebe anschließend abgekühlt, bis es bei etwa −120 °C bis −135 °C in einen glasartigen Zustand übergeht. Das Ergebnis ist kein gefrorener Körper. Das Gewebe befindet sich dann in einem glasartigen Zustand, in dem Abbauprozesse nahezu zum Stillstand kommen.

Was Vitrifikation leistet

Bei fachgerechter Durchführung soll die Vitrifikation vier Ziele zugleich erfüllen:

• Sie verhindert die Bildung von Eiskristallen und damit die mechanischen Schäden, die diese im Gewebe verursachen können.
• Sie erhält die Zellstrukturen und den Aufbau des Gewebes, insbesondere die Verbindungen zwischen den Nervenzellen im Gehirn.
• Sie verlangsamt chemische und biologische Prozesse so stark, dass der Abbau des Gewebes nahezu zum Stillstand kommt.
• Sie soll die im Gewebe gespeicherten Informationen erhalten, die nach dieser Vorstellung die Identität einer Person ausmachen, damit eine künftige Technologie das Gewebe möglicherweise reparieren und seine Funktion wiederherstellen könnte.

Dieser letzte Punkt erklärt den Aufwand und den Grundgedanken der Biostase: Die Erhaltung der Gehirnstruktur soll es ermöglichen, eine Person künftig wiederzubeleben, auch wenn das mit heutiger Technologie nicht möglich ist.

Was Vitrifikation nicht leistet

Auch die Grenzen des Verfahrens müssen klar benannt werden. Vitrifikation macht Verstorbene nicht wieder lebendig. Sie kehrt das Altern nicht um und heilt nicht die Krankheit, die zum Tod geführt hat. Vitrifikation allein bietet keine Gewähr dafür, dass eine Wiederbelebung jemals gelingt. Sie soll den Körper möglichst gut erhalten und damit eine spätere Wiederbelebung zumindest nicht ausschließen, während eine Bestattung oder Einäscherung diese Möglichkeit zunichtemacht. Ob eine Wiederbelebung künftig möglich sein wird, ist offen; derzeit ist sie nicht möglich.

Eine mögliche spätere Wiederbelebung setzt voraus, dass die Konservierung gelingt. Würde die Struktur des Gehirns in den ersten Stunden durch Eiskristalle zerstört, gingen die darin gespeicherten Informationen verloren und könnten auch mit künftigen medizinischen Verfahren nicht wiederhergestellt werden. Ziel der Vitrifikation ist es deshalb, die für eine mögliche Wiederbelebung entscheidenden Strukturen zu erhalten. Deshalb ist sie ein zentraler Bestandteil moderner Kryokonservierungsverfahren.

Wann Fixierung die bessere Option ist

Damit die Vitrifikation gelingt, muss das Kryoprotektivum alle erforderlichen Gewebebereiche erreichen und sich über das Gefäßsystem gleichmäßig verteilen lassen. Ist das Gewebe durch mangelnde Blutversorgung bereits stark geschädigt, gelingt die gleichmäßige Verteilung möglicherweise nicht mehr; in unzureichend durchströmten Bereichen können sich dann Eiskristalle bilden. Für solche Fälle gibt es ein zweites Verfahren: die aldehydstabilisierte Kryokonservierung, kurz ASC.

Bei ASC wird das Gehirn zunächst mit Glutaraldehyd durchströmt, einem Fixiermittel, das Proteine chemisch miteinander vernetzt und dadurch die Gewebestruktur stabilisiert. Der Verfall kommt sofort zum Stillstand, und die Struktur wird fixiert, bevor überhaupt gekühlt wird. Nach der Stabilisierung des Gewebes lässt sich die Konzentration des Kryoprotektivums langsam erhöhen, beispielsweise auf etwa 65 % Ethylenglykol; anschließend wird das Gehirn vitrifiziert und bei etwa −135 °C langfristig gelagert.

Für die Erhaltung der Gehirnstruktur liegen experimentelle Befunde vor. Mit ASC ließen sich die synaptischen Verbindungen in einem gesamten Schweinegehirn so gut erhalten, dass die Arbeit mit dem Large Mammal Prize der Brain Preservation Foundation ausgezeichnet wurde; der Erhalt der Strukturen wurde nach der Wiedererwärmung mittels 3D-Elektronenmikroskopie überprüft.

Das Verfahren hat allerdings einen entscheidenden Nachteil. Die Fixierung lässt sich mit keinem heute bekannten Verfahren rückgängig machen. Glutaraldehyd erhält die Verbindungen zwischen den Nervenzellen, das sogenannte Konnektom, bis in kleinste Details, indem es Proteine chemisch miteinander vernetzt; dadurch lässt sich die biologische Funktion des Gewebes mit heutigen Verfahren nicht wiederherstellen. ASC erhält also die Struktur des Gehirns, ermöglicht aber nach heutigem Kenntnisstand keine Wiederherstellung seiner Funktion; damit stellt sich die Frage, ob eine Rekonstruktion anhand dieser Struktur dieselbe Person wäre, die Kontinuitätsfrage.

Deshalb ist ASC nicht die Standardmethode. Lässt sich das Gewebe gleichmäßig mit Kryoprotektiva durchströmen, vermeidet die Vitrifikation ohne Fixierung zumindest die zusätzliche chemische Vernetzung der Proteine. ASC kommt dann zum Einsatz, wenn die Alternative der vollständige Verlust der Struktur wäre.

Weiterführende Artikel

• Einfrieren und Vitrifikation im Vergleich
• Medizinische Frostschutzmittel: Kryoprotektiva
• Warum erfolgt Kryokonservierung bei −196 °C?
• Was ist Biostase?