Meinen Sie, dass es aus physikalischer Sicht möglich wäre, Blut fast augenblicklich bis zu dem Punkt einzufrieren, an dem die Kristalle klein genug sind, um sich nicht über die Kapazität des Haversianischen Kanals hinaus auszudehnen? Wie würden Sie das anstellen?
Nein. Wenn sich Eiskristalle bilden, dehnt sich der von jedem Molekül eingenommene Raum aus, so dass man die Gesamtexpansion nicht vermeiden kann. Egal wie klein oder groß die Kristalle sind, die Ausdehnung ist unvermeidlich.
Eine der Alternativen ist es, „amorphes Eis“ herzustellen, das heißt, Wasser so schnell und unter starkem Druck einzufrieren, dass es nicht kristallisiert und stattdessen einfach an seiner Position gefriert, als wäre es eine Flüssigkeit. Leider haben wir noch keine Methode gefunden, die amorphes Eis bei 1,00g/ml erzeugt, und alles amorphe Eis erfordert extrem hohe Drücke (~GPa), die unsere biologischen Strukturen nicht überleben können.
Wäre es nicht effektiver, einen Weg zu finden, eine Frostschutzchemikalie sicher einzuführen, wie sie in einigen arktischen Fischarten vorkommt?
Die „Frostschutzchemikalie“ in diesen Fischarten unterscheidet sich von dem Frostschutzmittel, das wir in Autos verwenden. Frostschutzmittel in Autos sind typischerweise eine Alkoholmischung, die den Gefrierpunkt von Wasser senkt (man denke: Wodka im Gefrierschrank). Diese Art von Frostschutzmittel zerstört biologische Strukturen wie Zellwände und Proteine, indem es hydrophobe Wechselwirkungen stört.
Die Frostschutzmittel in diesen Fischarten sind eigentlich komplexe Proteine, die eine eisähnliche Oberfläche haben (AntiFreeze Proteins/AFPs). Das beste Bild, das ich finden kann, ist eine Miniaturansicht hier. AFPs binden an kleine, keimbildende Eiskristalle und hindern sie daran, weiter zu wachsen. Dadurch werden kleine Eiskristalle zwar nicht entfernt, aber ihr Wachstum wird effektiv gestoppt, und so werden Mikrobrüche vermieden.
Da AFPs Eiskristalle nicht wieder auflösen, ist die Reaktion nicht reversibel, und so müssen wir die AFPs regelmäßig nachfüllen. Es wird ein bestimmter Punkt erreicht, an dem keine AFPs mehr hinzugefügt werden können, und so kann diese Methode nicht verwendet werden, um etwas auf unbestimmte Zeit zu konservieren.
Alternativ brauchen wir eine Methode, um Eiskerne, die durch AFPs gebunden sind, in situ wieder aufzulösen. Eine Art fortschrittliches MRI/NMR, um Eiskerne herauszufiltern, und eine gezielte Lasererwärmung, vielleicht?
Mehr über AFPs lesen:
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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