Dal punto di vista della fisica, pensi che sarebbe possibile congelare quasi istantaneamente il sangue fino al punto in cui i cristalli sono abbastanza piccoli da non espandersi oltre la capacità del canale di Haversi? Come si potrebbe fare?
No. Quando si formano i cristalli di ghiaccio, lo spazio occupato da ogni molecola si espande, quindi non si può evitare l’espansione complessiva. Indipendentemente da quanto piccoli o grandi siano i cristalli, l’espansione è inevitabile.
Una delle alternative è fare “ghiaccio amorfo”, cioè congelare l’acqua così velocemente e sotto un’intensa pressione che l’acqua non cristallizza, e invece semplicemente si congela nella loro posizione come se fosse un liquido. Sfortunatamente, non abbiamo trovato un metodo che generi ghiaccio amorfo a 1,00g/mL, e tutto il ghiaccio amorfo richiede pressioni estremamente elevate (~GPa) che le nostre strutture biologiche non possono sopravvivere.
Non sarebbe più efficace trovare un modo per introdurre in modo sicuro una sostanza chimica antigelo come quella vista in alcune specie di pesci artici?
La “sostanza chimica antigelo” in queste specie di pesci è diversa dall’antigelo che usiamo nelle automobili. L’antigelo nelle automobili è tipicamente una miscela di alcool che abbassa il punto di congelamento dell’acqua (pensate: conservare la vodka nel congelatore). Questo tipo di antigelo distrugge le strutture biologiche come le pareti delle cellule e le proteine sconvolgendo le interazioni idrofobiche.
Le sostanze chimiche antigelo in queste specie di pesci sono in realtà proteine complesse che hanno una superficie simile al ghiaccio (AntiFreeze Proteins/AFPs). L’immagine migliore che posso trovare è una miniatura qui. Le AFP si legano a piccoli cristalli di ghiaccio che nucleano e impediscono loro di crescere ulteriormente. Questo non rimuove i piccoli cristalli di ghiaccio, ma ferma efficacemente la loro crescita, e quindi evita le microfratture.
Siccome le AFP non ridissolvono i cristalli di ghiaccio, la reazione non è reversibile, e quindi dobbiamo rifornire le AFP regolarmente. Si arriverà a un certo punto in cui non si possono più aggiungere AFP, e quindi questo metodo non può essere usato per conservare qualcosa indefinitamente.
In alternativa, abbiamo bisogno di un metodo per ridissolvere i nuclei di ghiaccio che sono legati dagli AFP in situ. Un qualche tipo di MRI/NMR avanzata per individuare i nuclei di ghiaccio, e un riscaldamento laser mirato, forse?
Per saperne di più sugli AFP:
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http://www.nature.com/nature/journal/v308/n5956/abs/308295a0.html
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http://www.nature.com/nature/journal/v375/n6530/abs/375427a0.html
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http://www.nature.com/nature/journal/v429/n6988/abs/429153a.html