Wenn du bei einem Abendessen erzählst, dass du im Bereich Kryonik arbeitest, lautet die erste Frage fast immer: „Ihr friert also Menschen ein?“ Das ist die mit Abstand häufigste Vorstellung von Kryonik, doch sie beruht auf einem grundlegenden Missverständnis. Kryonik friert keine Menschen ein. Wer ein Gehirn erhalten möchte, muss vor allem Schäden durch Eiskristalle vermeiden. Das eingesetzte Verfahren heißt Vitrifikation: Das Gewebe geht in einen glasartigen Zustand über, ohne dass Eiskristalle seine Struktur zerstören.
Warum dieser Unterschied entscheidend ist, zeigt ein Blick auf das Verhalten von Wasser bei Kälte: Der menschliche Körper besteht größtenteils aus Wasser; beim Gehirn macht es etwa 73 Prozent des Gewichts aus.
Was Einfrieren tatsächlich bewirkt
Wasser hat eine ungewöhnliche Eigenschaft, die beim Konservieren von Gewebe Probleme verursacht: Es dehnt sich beim Gefrieren aus. Während flüssiges Wasser auf 0 °C abkühlt, verlangsamen sich seine Moleküle und ordnen sich zu einem starren Kristallgitter, das rund 9 Prozent mehr Platz einnimmt als die Flüssigkeit zuvor. Deshalb platzt eine vergessene Flasche im Gefrierfach. Deshalb ist Einfrieren auch für lebendes Gewebe so zerstörerisch.
Wenn größere Gewebeproben gefrieren, entsteht das meiste Eis zwischen den Zellen und nicht in ihrem Inneren, wobei das Gewebe gleichzeitig auf zwei Arten geschädigt wird. Die wachsenden Eiskristalle drängen die Zellen zusammen und verformen das umliegende Gewebe. Da beim Gefrieren reines Wasser zu Eis wird, steigt in der verbleibenden Flüssigkeit die Konzentration der gelösten Salze und anderer Stoffe so stark an, dass sie die Zellen schädigen können. Das Gewebe wird also sowohl mechanisch als auch chemisch geschädigt.
Das Ergebnis kennst du im Kleinen. Wenn du eine Erdbeere einfrierst und wieder auftaust, ist sie weich und matschig, weil Eiskristalle ihre Zellstruktur beschädigt haben. Stell dir nun vor, solche Schäden entstünden im Gehirn, dessen genaue Struktur für seine Funktion entscheidend ist. Da Identität und Erinnerung eng mit der genauen Verschaltung der Nervenzellen zusammenhängen, muss das Gehirn vor solchen Schäden durch Eiskristalle geschützt werden; mehr dazu erklärt der Artikel „Erinnerung, Identität und das Gehirn“.
Vitrifikation: fest, ohne Eis
Vitrifikation ist der Ausweg. Der Begriff leitet sich vom lateinischen Wort „vitrum“ für Glas ab und bezeichnet den Übergang in einen glasartigen Zustand. Eine vitrifizierte Substanz ist fest und sehr kalt, kristallisiert aber nie. Die Moleküle bewegen sich immer langsamer, bis sie in der ungeordneten Anordnung der Flüssigkeit erstarren, ohne ein Kristallgitter zu bilden; dadurch bleiben die Ausdehnung beim Gefrieren und die Schäden durch scharfkantige Eiskristalle aus. Ziel ist es, die Gewebestruktur möglichst unverändert zu erhalten.
Damit ein menschlicher Körper in einen glasartigen Zustand übergeht, ohne zu gefrieren, sind spezielle Schutzstoffe nötig. Bei der sogenannten Perfusion wird der Großteil des Wassers im Körper durch eine Lösung mit Kryoprotektiva ersetzt, die ähnlich wie Frostschutzmittel wirken. Diese Substanzen senken die Temperatur, bei der die verbleibende Flüssigkeit kristallisieren würde, und lassen sie stattdessen in den glasartigen Zustand übergehen. Beim Abkühlen unter die Glasübergangstemperatur, die etwa im Bereich von −120 °C bis −130 °C liegt, erstarrt der Körper in einem glasartigen Zustand, in dem biologische Vorgänge zum Stillstand kommen und chemische Abbauprozesse stark verlangsamt sind; die Gewebestruktur soll dabei erhalten bleiben.
Wie Vitrifikation in der Praxis abläuft
Für die Vitrifikation genügt es nicht, den Körper in eine kalte Flüssigkeit einzutauchen. Das Verfahren umfasst mehrere genau aufeinander abgestimmte Schritte und muss möglichst rasch beginnen. Sobald der Tod nach den gesetzlichen Vorgaben festgestellt wurde, muss rasch gehandelt werden, um den fortschreitenden Zerfall der Zellstrukturen möglichst zu begrenzen, der Wettlauf gegen den zellulären Abbau, um den dieses gesamte Feld organisiert ist. Ein Bereitschaftsteam arbeitet daran, den Patienten zu stabilisieren, den Kreislauf wiederherzustellen und die rasche Kühlung einzuleiten, wobei der Körper über dem Gefrierpunkt gehalten wird, damit sich kein Eis bildet, bevor die Schutzstoffe eingebracht sind.
Danach folgt die Perfusion: Das Kryoprotektivum wird mit langsam steigender Konzentration in den Kreislauf eingebracht und ersetzt dabei nach und nach das Wasser des Körpers, während die Temperatur weiter sinkt. Erst wenn das Gewebe ausreichend mit Kryoprotektiva durchsetzt ist, wird der Körper für die Langzeitlagerung in einem Dewargefäß auf −196 °C abgekühlt in einem Dewar. Jeder Schritt dient einem einzigen Ziel: Glas, nicht Eis.
Wenn dich das nächste Mal jemand fragt, ob bei der Kryonik „tote Menschen eingefroren“ werden, kannst du den Unterschied erklären. Nein. Bei der Vitrifikation soll die Bildung von Eiskristallen verhindert werden, weil diese die Gewebestrukturen schädigen, die erhalten bleiben sollen.
Kurz gesagt: Beim Einfrieren entstehen Eiskristalle, die das Gewebe schädigen. Vitrifikation nutzt Kryoprotektiva und kontrollierte Kühlung, um einen glasartigen Zustand mit deutlich weniger Eisbildung zu erreichen.
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