Группе исследователей из Университета Фридриха-Александра в Эрлангене и Нюрнберге (Германия) впервые в истории удалось восстановить функциональную активность ткани взрослого мозга мыши после ее криоконсервации при температуре -196 °C.

Результаты этой работы, опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), демонстрируют, что гиппокамп - область мозга, отвечающая за память и обучение - способен выдержать процесс витрификации, длительное хранение и после размораживания восстановить не только структуру и метаболизм, но и способность передавать электрические сигналы между нейронами.

Ключевым отличием данного метода от обычной заморозки является витрификация. При традиционном замораживании вода в тканях превращается в кристаллы льда, которые разрушают клетки и их связи. Витрификация же позволяет перевести ткань в стеклообразное состояние без образования кристаллов. Для этого воду в тканях частично заменяют специальными криопротекторами - смесью веществ, действующих как антифриз. Затем образец охлаждают настолько быстро, что молекулы воды не успевают сформировать кристаллическую решетку.

Команда под руководством Александра Германа использовала модифицированный витрифицирующий раствор V3. После размораживания они провели серию тестов, чтобы оценить состояние тканей. Электронная микроскопия подтвердила сохранность структуры нейронов: их отростки (дендриты), синапсы (места контактов между клетками) и митохондрии остались неповрежденными. Измерения метаболизма показали, что митохондрии в размороженной ткани функционируют, хотя и немного менее активно, чем в свежих образцах.

Однако самым важным доказательством стали электрофизиологические исследования. Ученые стимулировали нейроны и регистрировали их ответы. Выяснилось, что синапсы не только проводят сигналы, но и сохраняют способность к кратковременной и долговременной потенциации (LTP) - процессу, который считается клеточной основой обучения и памяти. При этом исследователи заметили, что разные типы нейронов по-разному реагируют на витрификацию: одни клетки снизили свою возбудимость, другие, напротив, адаптировались и сохранили способность генерировать импульсы.

Следующим этапом стала попытка витрифицировать целый мозг внутри черепа мыши. Для этого криопротекторы вводили через аорту, чтобы они достигли всех отделов органа. Эта задача оказалась сложнее из-за гематоэнцефалического барьера, который препятствует проникновению посторонних веществ. Ученые разработали специальный протокол "перемежающейся перфузии", позволяющий равномерно распределить криопротектор. Хотя успешными оказались лишь около трети попыток, в удачных случаях нейроны зубчатой извилины гиппокампа проявляли электрическую активность и генерировали потенциалы действия.

Авторы подчеркивают ограничения своей работы: ткани изучались лишь в течение нескольких часов после размораживания, а метод охлаждения пригоден только для небольших образцов. Поэтому напрямую переносить эти результаты на криоконсервацию целых человеческих органов или обсуждать перспективы крионики (заморозки тел умерших) преждевременно. Тем не менее, само открытие имеет огромное значение. Оно демонстрирует, что сложные функции мозга, такие как память, являются свойством его структуры. И если эту структуру - связи между нейронами - удается сохранить в неприкосновенности в стеклообразном состоянии при -196 °C, то после возвращения к нормальным условиям функция может восстановиться. Это не только открывает новые возможности для биомедицинских исследований (например, для создания банков функциональной мозговой ткани), но и расширяет наши представления о пределах устойчивости и выживаемости нервной системы.