Was genau wollen wir erreichen, wenn wir einen Menschen konservieren? Die Antwort lautet nicht, ihn kalt zu machen. Kälte ist das Mittel, nie das Ziel. Das Ziel ist es, biologische Prozesse im Körper so weit zum Stillstand zu bringen, dass es für seinen Erhalt keine Rolle mehr spielt, ob ein Jahr oder zehntausend Jahre vergehen. Aus dieser Anforderung ergibt sich fast alles Weitere, auch die auffallend genaue Temperaturangabe im Titel.
Die eigentlich wichtige Frage ist also nicht, warum es so kalt sein muss. Sie lautet: Wie kalt muss es werden, bevor die Chemie stillsteht? Entscheidend ist die Glasübergangstemperatur der Kryoprotektivlösung: Sie liegt bei etwa −130 °C. Unterhalb dieser Temperatur ist die Beweglichkeit der Moleküle stark eingeschränkt; Stoffwechsel und chemische Abbauprozesse kommen praktisch zum Stillstand. −196 °C ist nicht diese Schwelle. Dieser Wert entspricht dem Siedepunkt von Stickstoff und liegt deutlich unterhalb der entscheidenden Grenze; beim Sieden bleibt die Temperatur des Stickstoffs konstant.
Verfall ist einfach Chemie, die noch nicht gestoppt wurde
Wenn ein Körper zerfällt, laufen chemische und biologische Prozesse ab: Enzyme spalten Moleküle, und Mikroorganismen bauen Gewebe ab. Jeder dieser Vorgänge braucht Moleküle, die sich bewegen und zusammenstoßen. Verlangsamt man die Bewegung, verlangsamt man die Chemie. Verlangsamt man diese Vorgänge ausreichend, kommt der Zerfall praktisch zum Stillstand.
Dazu gibt es eine brauchbare Faustregel. Als grobe Näherung halbiert eine Temperaturabsenkung um etwa 10 °C die Geschwindigkeit einer typischen Reaktion. Das klingt zunächst unspektakulär, doch bei wiederholter Halbierung wird die Reaktion immer langsamer. Beim Abkühlen von Körpertemperatur auf sehr tiefe Temperaturen verlangsamt sich der Zerfall nicht bloß um den Faktor zwei oder zehn, sondern um ein Vielfaches davon. Das Wettrennen gegen den Zellverfall, das in dem Moment beginnt, in dem das Herz stehen bleibt, ist am Ende ein Wettlauf darum, die Temperatur so weit zu senken, dass das Rennen selbst keine Rolle mehr spielt.
Warum Eis schadet und ein glasartiger Zustand schützt
Man könnte annehmen, der Trick bestehe einfach darin, einen Menschen einzufrieren. Doch einfaches Einfrieren reicht nicht aus, weil das Wasser im Körper dabei Eiskristalle bildet. Wenn Wasser gefriert, dehnt es sich aus. Die wachsenden Eiskristalle können Zellmembranen zerreißen und empfindliche Strukturen zerstören. Die Kristalle sind nicht das einzige Problem. Während reines Wasser auskristallisiert, steigt in der verbleibenden Flüssigkeit die Konzentration der Salze und anderer gelöster Stoffe. Zellen in dieser zunehmend konzentrierten Lösung verlieren Wasser und werden osmotisch geschädigt. Diese Schäden entstehen auch ohne direkten Kontakt mit Eiskristallen. Würde man einen Menschen wie ein Stück Fleisch einfrieren, würde man genau die Strukturen schädigen, die man erhalten möchte.
Der Ausweg heißt Vitrifikation. Der Großteil des Körperwassers wird durch Kryoprotektiva ersetzt, eine Art medizinisches Frostschutzmittel, und das Gewebe wird so schnell gekühlt, dass es nie kristallisiert. Stattdessen erstarrt das Gewebe in einem glasartigen Zustand, ohne dass sich Eiskristalle bilden und die damit verbundenen Schäden entstehen. Vitrifiziertes Gewebe ist sehr kalt und fest und damit im alltäglichen Sprachgebrauch tiefgefroren. Beim Erstarren bilden sich jedoch keine schädlichen Eiskristalle. Dieser Unterschied ist für die Konservierung entscheidend.
Die wirklich entscheidende Zahl liegt bei etwa −130 °C
Überraschenderweise ist für die Konservierung nicht die Temperatur von −196 °C entscheidend. Entscheidend ist die Glasübergangstemperatur bei ungefähr −130 °C: Unterhalb dieser Temperatur bleibt das vitrifizierte Material starr. Oberhalb dieser Temperatur wird das Material beweglicher, sodass sich seine Struktur langsam verändern kann. Dabei können sich auch Eiskristalle bilden. Auch nach der Vitrifikation kann also noch Eis entstehen (der genaue Mechanismus dieser verzögerten Eisbildung bedarf fachlicher Prüfung). Unterhalb der Glasübergangstemperatur ist die Beweglichkeit der Moleküle dagegen so stark eingeschränkt, dass die Struktur weitgehend erhalten bleibt.
Wenn also −130 °C der Punkt ist, an dem der glasartige Zustand stabil wird, warum geht man dann bis −196 °C hinunter? Auch einen Gefrierschrank stellt man nicht genau auf 0 °C ein: Man braucht einen ausreichenden Temperaturabstand zum Gefrierpunkt. Wird Gewebe mehr als 60 Grad unterhalb der Glasübergangstemperatur gelagert, bleibt ein großer Sicherheitsabstand zu dieser Grenze. Die Lagertemperatur liegt damit deutlich unter dem Bereich, in dem das glasartige Material weich werden oder sich Eis bilden könnte. Dieser Temperaturabstand soll dafür sorgen, dass das Gewebe auch bei Schwankungen stabil bleibt.
Warum genau -196? Siedender Stickstoff hält die Temperatur von selbst konstant.
Der genaue Wert von −196 °C wurde nicht von einem Gremium festgelegt. Bei dieser Temperatur siedet flüssiger Stickstoff, was ihn für die Lagerung besonders geeignet macht.
Bei gleichbleibendem Druck bleibt die Temperatur einer siedenden Flüssigkeit konstant. Solange genügend flüssiger Stickstoff im Behälter vorhanden ist und der Druck gleich bleibt, hält der siedende Stickstoff seine Temperatur bei −196 °C auch bei Schwankungen der Raumtemperatur. Der siedende Stickstoff wirkt wie ein selbstregelnder Thermostat: Er benötigt weder bewegliche Teile noch einen Kompressor oder einen Stromanschluss. Patienten und Proben werden in vakuumisolierten Dewargefäßen gelagert. Diese funktionieren wie Thermosflaschen und verringern den Wärmeeintrag stark. Die einzige routinemäßige Wartung besteht darin, den langsam verdampfenden Stickstoff nachzufüllen. Ein elektrisch betriebener Gefrierschrank hingegen kühlt bei einem Stromausfall nicht mehr aktiv. Die Kühlung durch siedenden Stickstoff funktioniert auch bei einem Stromausfall.
Stickstoff ist außerdem billig, reichlich vorhanden (er macht den Großteil der Luft aus, die du gerade atmest), reaktionsträge und nicht brennbar. Stickstoff lässt sich direkt aus der Luft gewinnen und eignet sich dank dieser Eigenschaften besonders gut als Kühlmittel für die Langzeitlagerung.
Der Preis für diese Kälte
Die Kühlung mit flüssigem Stickstoff ist technisch einfach, doch die tiefe Temperatur bringt auch Nachteile mit sich. Vom Glasübergang bis −196 °C wird das Material um weitere sechsundsechzig Grad abgekühlt. Dabei zieht sich der vitrifizierte Feststoff weiter zusammen. Das Material ist dann bereits spröde und kann die beim Zusammenziehen entstehenden Spannungen kaum noch durch Verformung ausgleichen. Dadurch entstehen mechanische Spannungen, die bei Überschreiten eines bestimmten Schwellenwerts zu Rissen führen.
Der Effekt lässt sich im Labor reproduzieren. Risse in vitrifizierten Kryoprotektivlösungen entstehen durch thermische Kontraktion und durch Temperaturunterschiede innerhalb des Materials, die beim schnellen Abkühlen großer Proben auftreten. Bei Lösungen mit höherer Glasübergangstemperatur sollen weniger Risse auftreten. Die hier angeführte Begründung muss jedoch fachlich geprüft werden.
Besonders schwierig ist die gleichmäßige Abkühlung eines ganzen Körpers. Risse beginnen meist unterhalb des Glasübergangs. Wurde das Gewebe nicht ausreichend mit Kryoprotektiva durchströmt, können sich Risse bereits bei Temperaturen von bis zu −90 °C bilden. Manche Risse sind mit bloßem Auge sichtbar, andere nur unter dem Mikroskop. Ein Riss trennt das Gewebe entlang einer Fläche; die Struktur beiderseits des Risses bleibt dabei erhalten. Dennoch entsteht ein Schaden, der vor einer möglichen Wiederbelebung behoben werden müsste.
Derzeit versucht man, solche Schäden durch langsames Abkühlen zu begrenzen. Die gesamte Abkühlung dauert fast eine Woche. Im Bereich der Glasübergangstemperatur und darunter wird am langsamsten gekühlt: Ein Computer steuert die Abkühlung mit etwa einem Grad pro Stunde. Langsameres Abkühlen verringert die Temperaturunterschiede im Gewebe und damit die mechanischen Spannungen.
Intermediate Temperature Storage
Ein weiterer Ansatz besteht darin, die Abkühlung früher zu beenden. Beim sogenannten Intermediate Temperature Storage werden Patienten bei etwa −140 °C statt bei −196 °C gelagert. Die Lagertemperatur liegt damit noch zehn Grad unterhalb der Glasübergangstemperatur statt sechsundsechzig Grad darunter. Die Beweglichkeit der Moleküle bleibt stark eingeschränkt, während sich das Material weniger stark zusammenzieht.
Die Technik dahinter ist passiv. Am Boden des Dewargefäßes befindet sich flüssiger Stickstoff. Der Patient wird im kalten Stickstoffdampf darüber gelagert, dessen Temperatur auf den gewünschten Wert geregelt wird. Auch hier dient flüssiger Stickstoff als Kühlmittel, sodass für die Kühlung kein strombetriebener Kompressor nötig ist.
Die Anlieferung des ersten ITS-Dewargefäßes für die Lagerung eines ganzen menschlichen Körpers in der Anlage der European Biostasis Foundation in der Schweiz war für August 2026 vorgesehen. Zunächst soll der tatsächliche Verbrauch an flüssigem Stickstoff gemessen werden, um die Lagerkosten für einen Patienten über ein Jahrhundert abzuschätzen. ITS wird Mitgliedern erst angeboten, wenn diese Kosten bekannt sind.
Was bei diesen Temperaturen erhalten bleibt
Bei −196 °C steht die biologische Zeit praktisch still. Enzyme sind praktisch inaktiv, Mikroorganismen können sich nicht vermehren, und chemische Reaktionen, die das Gewebe zersetzen könnten, laufen nur noch äußerst langsam ab. Die molekulare Struktur des Körpers und insbesondere des Gehirns bleibt dabei weitgehend erhalten.
Dieser letzte Punkt ist der entscheidende. Die Biostase beruht auf der Annahme, dass das, was dich ausmacht, in den Strukturen und Verknüpfungen des Gehirns gespeichert ist, dem Thema von „Gedächtnis, Identität und das Gehirn“. Bleibt diese Struktur erhalten, könnte damit auch die darin gespeicherte Information bewahrt werden. Eine Technik, mit der sich diese Information wieder auslesen und die Gehirnfunktion wiederherstellen ließe, gibt es bisher nicht. Die Kälte ist keine Magie. Die Kühlung soll diese Information so lange bewahren, bis entsprechende Verfahren möglicherweise verfügbar sind.
Nichts davon erfordert eine fehlerfreie Maschine oder eine ununterbrochene Stromversorgung. Es erfordert einen glasartigen Zustand statt Eis und eine Temperatur deutlich unterhalb des Glasübergangs. Eine siedende Flüssigkeit kann die nötige Lagertemperatur konstant halten. Der praktische Vorteil von −196 °C liegt darin, dass sich diese Lagertemperatur mit flüssigem Stickstoff ohne aktive elektrische Kühlung aufrechterhalten lässt.
Kurz gesagt: Patienten werden bei etwa −196 °C gelagert, weil flüssiger Stickstoff von sich aus nahe dieser Temperatur bleibt. Chemische Reaktionen laufen dadurch extrem langsam ab, und für die Lagerung ist keine kontinuierliche elektrische Kühlung nötig.
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