Konservierung ohne Einfrieren

Der Begriff Kryonik weckt eine falsche Vorstellung. Man denkt an Einfrieren, an einen Körper, der zu Eis wird wie ein Steak im Tiefkühlfach. Tatsächlich geht es darum, Gewebe möglichst schonend zu konservieren, ohne dass sich Eis bildet. Dafür passt ein zunächst widersprüchlich klingender Ausdruck: Konservierung ohne Einfrieren. Möglich macht das ein Verfahren namens Vitrifikation. Hier erklären wir kurz, wie es funktioniert, was es leistet und wo seine Grenzen liegen.

Wie ein Körper in einen glasähnlichen Zustand gelangt

Vitrifikation ist der Übergang einer Flüssigkeit in einen festen Zustand, ohne dass sich dabei Kristalle bilden. Der Begriff leitet sich vom lateinischen Wort «vitrum» für vitrum, Glas, ab und beschreibt den entstehenden Zustand treffend. Die meisten Flüssigkeiten kristallisieren beim Abkühlen. Mit geeigneten Zusätzen und unter passenden Kühlbedingungen werden sie stattdessen immer zähflüssiger, bis sie zu einem Festkörper ohne geordnete Kristallstruktur erstarren. Es bilden sich keine Kristalle. Die Moleküle behalten dabei weitgehend ihre ungeordnete Anordnung aus dem flüssigen Zustand bei, können ihren Platz aber kaum noch wechseln.

Bei der Kryokonservierung soll dies verhindern, dass Eiskristalle die Hirnstruktur zerstören. Das Wasser in den Körperzellen wird weitgehend durch Kryoprotektiva ersetzt. Anschliessend wird das Gewebe abgekühlt, bis es bei einer Glasübergangstemperatur von etwa −120 °C bis −135 °C in einen glasähnlichen Zustand übergeht. Das Ergebnis ist kein gefrorener Körper, sondern Gewebe in einem glasähnlichen Zustand, in dem der Zerfall praktisch zum Stillstand kommt.

Was Vitrifikation leistet

Bei erfolgreicher Vitrifikation sollen vier Ziele erreicht werden:

• Sie verhindert die Bildung von Eiskristallen und damit die mechanischen Schäden, die diese im Gewebe verursachen.
• Sie soll die Zellen und ihren Zusammenhang im Gewebe erhalten, insbesondere die Verbindungen zwischen den Nervenzellen im Gehirn.
• Sie verlangsamt chemische und biologische Prozesse so stark, dass der Zerfall nahezu zum Stillstand kommt.
• Sie soll die im Gewebe gespeicherten Informationen erhalten, die für die Identität eines Menschen entscheidend sein könnten. Dahinter steht die Hoffnung, dass tatsächlich einen Menschen kodiert künftige Technologien Gewebeschäden beheben und eine Wiederbelebung ermöglichen könnten.

Auf dieser Hoffnung beruht die Biostase: Wenn die Hirnstruktur erhalten bleibt, könnte damit auch die Grundlage der persönlichen Identität bewahrt werden, bis eine Wiederbelebung möglich wird. Dies führt direkt zurück zu der Frage, was Biostase ist: Bleibt die Struktur erhalten, bleibt der Mensch erhalten, selbst über eine Lücke hinweg, die keine heutige Technologie überbrücken kann.

Was Vitrifikation nicht leistet

Hier zählt Ehrlichkeit mehr als Begeisterung. Vitrifikation stellt kein Leben wieder her. Sie kehrt das Altern nicht um und heilt nicht die Krankheit, die zum Tod geführt hat. Sie garantiert für sich allein nicht, dass ein Patient jemals wiederbelebt wird. Sie soll das Körpergewebe möglichst gut erhalten, damit eine spätere Wiederbelebung zumindest denkbar bleibt. Bei einer Erdbestattung oder Kremation geht diese Grundlage verloren. Ob eine Wiederbelebung künftig möglich sein wird, ist offen. Heute ist sie nicht möglich, weshalb ebenso klar gilt, dass eine Wiederbelebung derzeit nicht möglich ist.

Voraussetzung dafür ist, dass die Konservierung gelingt. Würden Eiskristalle die Hirnstruktur in den ersten Stunden unwiederbringlich zerstören, könnte auch eine künftige Medizin sie nicht rekonstruieren, weil die dafür nötigen Informationen verloren wären. Vitrifikation soll die für eine mögliche Wiederbelebung entscheidenden Hirnstrukturen erhalten. Deshalb ist sie ein zentraler Bestandteil davon, wie eine moderne Kryokonservierung tatsächlich abläuft.

Wann Fixierung die bessere Option ist

Für die Vitrifikation müssen die Kryoprotektiva alle zu konservierenden Gewebebereiche erreichen. Dazu müssen die Blutgefässe noch ausreichend durchgängig sein, damit sich die Lösung gleichmässig verteilen kann. Ist das Gewebe durch mangelnde Blutversorgung bereits stark geschädigt, gelingt die gleichmässige Verteilung nicht mehr. In unzureichend durchströmten Bereichen können sich dann Eiskristalle bilden und wichtige Strukturen schädigen. Für solche Fälle gibt es ein zweites Verfahren: die aldehyd-stabilisierte Kryokonservierung, kurz ASC.

Bei ASC wird das Gehirn zunächst mit Glutaraldehyd perfundiert, einem Fixiermittel, das Proteine miteinander vernetzt. Der Zerfall stoppt sofort, und die Struktur wird fixiert, bevor die Kühlung überhaupt beginnt. Nach der Stabilisierung des Gewebes lässt sich die Konzentration der Kryoprotektiva langsam erhöhen, beispielsweise auf einen Ethylenglykolanteil von 65 %. Anschliessend wird das Gehirn für die Langzeitlagerung bei etwa −135 °C vitrifiziert.

Wie gut dabei die Hirnstruktur erhalten bleibt, wurde mikroskopisch untersucht. Bei einem mit ASC konservierten Schweinehirn blieben die synaptischen Verbindungen im gesamten Gehirn so gut erhalten, dass die Arbeit mit dem Grosstierpreis der Brain Preservation Foundation ausgezeichnet wurde. Der Erhalt der Verbindungen wurde nach dem Wiedererwärmen mittels 3D-Elektronenmikroskopie überprüft.

Das Verfahren hat allerdings einen entscheidenden Nachteil. Mit den heute verfügbaren Verfahren lässt sich die Fixierung nicht rückgängig machen. Glutaraldehyd erhält das Konnektom, also die Gesamtheit der neuronalen Verbindungen, bis in feinste Einzelheiten, indem es Proteine chemisch miteinander vernetzt. Dadurch lässt sich das Gewebe mit heutigen Mitteln nicht wieder funktionsfähig machen. ASC erhält die Struktur der neuronalen Verbindungen, doch das fixierte Gewebe lässt sich derzeit nicht wieder funktionsfähig machen. Damit stellt sich die Kontinuitätsfrage, ob der Erhalt dieser Struktur allein genügt, um die persönliche Identität zu bewahren.

Deshalb ist ASC nicht die Standardmethode. Gelingt die Perfusion gut, soll die Vitrifikation sowohl die Hirnstruktur erhalten als auch die Möglichkeit offenhalten, das Gewebe künftig wieder funktionsfähig zu machen. Zu ASC greift man, wenn die Alternative der vollständige Verlust der Struktur wäre.

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