Ученые из Германии впервые смогли сохранить ткань мозга при экстремально низкой температуре и восстановить ее активность после размораживания. После оттаивания нейроны снова начали передавать электрические сигналы, а связи между ними сохранили способность к работе, пишет MedicalXpress.
По словам исследователей, новая технология может помочь сохранять образцы нервной ткани после операций и использовать их для дальнейших исследований или тестирования лекарств.
Обычно сильный холод разрушает клетки. При замерзании вода внутри тканей образует кристаллы льда, которые механически повреждают клетки и нарушают их структуру. Однако в природе существуют организмы, способные переживать экстремальные морозы. Один из таких примеров — сибирский углозуб. Это земноводное способно выживать при температурах до −50 °C и даже проводить десятилетия в замерзшем состоянии.
Секрет этой способности связан с веществом глицеролом, которое вырабатывается в организме и действует как природный антифриз. Оно снижает температуру замерзания жидкости и защищает клетки от повреждений.
Похожий принцип используется и в современной медицине. Например, человеческие эмбрионы могут храниться годами при очень низких температурах. Для этого применяется метод Vitrification — витрификация. При охлаждении ниже примерно −130 °C вода в тканях не образует кристаллы льда, а переходит в стеклообразное состояние.
Однако до сих пор этот метод плохо работал для нервной ткани. Мозг особенно чувствителен к повреждениям, поскольку состоит из огромного числа нейронов, соединенных сложной сетью контактов — синапсов. Даже если отдельные клетки выживали после заморозки, их связи разрушались и ткань теряла функциональность.
Немецкие ученые смогли решить эту проблему. Они оптимизировали состав защитных веществ и сам процесс охлаждения, чтобы структура нервной ткани оставалась целой. В эксперименте исследователи заморозили участок мозга грызуна — гиппокамп, область, которая играет важную роль в формировании памяти. Ткань охладили до температуры около −130 °C.
Анализ с помощью электронной микроскопии показал, что тонкая структура ткани практически не изменилась. После размораживания в ней снова возникли электрические сигналы, которые распространялись по нейронным сетям.
Более того, ученые смогли вызвать процесс, известный как Long-term potentiation — долговременная потенциация. Он считается одним из ключевых механизмов обучения и формирования памяти, поскольку усиливает передачу сигналов между часто используемыми синапсами.
По словам исследователей, новая технология может иметь важные практические применения. Например, у пациентов с эпилепсией во время операции иногда удаляют участки мозга. Если такие ткани можно будет безопасно замораживать и хранить, их можно будет позже использовать для тестирования новых лекарств.
Метод также может помочь в исследованиях нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера или Паркинсона, поскольку позволит долго сохранять патологические образцы тканей.
В более далекой перспективе ученые не исключают, что подобные технологии могут привести к созданию искусственной «спячки» для человека. Теоретически это могло бы быть полезно, например, для длительных космических миссий или для пациентов с неизлечимыми заболеваниями, которых можно было бы сохранить до появления новых методов лечения.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.