Ben je vanuit natuurkundig oogpunt van mening dat het mogelijk zou zijn om bloed bijna ogenblikkelijk te bevriezen tot het punt waarop de kristallen klein genoeg zijn om niet groter te worden dan de capaciteit van het Haversiaanse kanaal? Hoe zou u dat doen?
Nee. Wanneer zich ijskristallen vormen, zet de ruimte die elk molecuul inneemt uit, dus je kunt de totale uitzetting niet voorkomen. Hoe klein of groot de kristallen ook zijn, uitzetting is onvermijdelijk.
Eén van de alternatieven is het maken van “amorf ijs”, dat wil zeggen, water zo snel en onder intense druk bevriezen dat het niet kristalliseert, maar gewoon op zijn plaats bevriest alsof het een vloeistof is. Helaas hebben we nog geen methode gevonden die amorf ijs genereert bij 1,00g/mL, en al het amorfe ijs vereist extreem hoge drukken (~GPa) die onze biologische structuren niet kunnen overleven.
Zou het niet doeltreffender zijn om een manier te vinden om op een veilige manier een antivriesmiddel te introduceren zoals dat in sommige Arctische vissoorten wordt aangetroffen?
Het “antivriesmiddel” in deze vissoorten is anders dan het antivriesmiddel dat wij in auto’s gebruiken. Antivries in auto’s is meestal een alcoholmengsel dat het vriespunt van water verlaagt (denk aan het bewaren van wodka in de vriezer). Dit soort antivries vernietigt biologische structuren zoals celwanden en eiwitten door hydrofobe interacties te verstoren.
De antivries-chemicaliën in deze vissoorten zijn eigenlijk complexe eiwitten die een ijs-achtig oppervlak hebben (AntiFreeze Proteins/AFP’s). De beste foto die ik kan vinden is een duimnagel hier. AFP’s binden zich aan kleine, kernvormende ijskristallen, en verhinderen dat deze verder groeien. Dit betekent niet dat kleine ijskristallen worden verwijderd, maar het stopt wel effectief hun groei, waardoor microbreuken worden voorkomen.
Omdat AFP’s ijskristallen niet opnieuw oplossen, is de reactie niet omkeerbaar, en dus moeten we de AFP’s regelmatig aanvullen. Er komt een punt waarop geen AFP’s meer kunnen worden toegevoegd, en dus kan deze methode niet worden gebruikt om iets voor onbepaalde tijd te bewaren.
Aternatief hebben we een methode nodig om ijskernen die door AFP’s gebonden zijn, ter plaatse opnieuw op te lossen. Een soort geavanceerde MRI/NMR om de ijskernen eruit te pikken, en gerichte verhitting met laser, misschien?
Om meer over AFP’s te lezen:
-
http://www.nature.com/nature/journal/v308/n5956/abs/308295a0.html
-
http://www.nature.com/nature/journal/v375/n6530/abs/375427a0.html
-
http://www.nature.com/nature/journal/v429/n6988/abs/429153a.html