極低温学における10の魅力的な初期実験

極低温学について尋ねられたら、いくつかのことが思い浮かぶかもしれません。 いいえ、ウォルト・ディズニーが極低温冷凍されたという都市伝説は真実ではありません。 同様に空想的な「猿の惑星」、「デモリッションマン」、または「フューチュラマ」について考えることもできます。

極低温（ギリシャ語で「冷たい」と「生成する」という意味）とは、人間が通常経験する温度よりも低い温度を作り出すことを指します。 低温を生成および維持する方法を検討することに加えて、極低温学には、極低温での材料の凍結の研究も含まれます。 過去 2 世紀にわたって、極低温分野は大幅に進歩しました。

それでは、極低温学における初期の 10 件の実験を詳しく見てみましょう。

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1797 年生まれのジェームズ アーノットは、凍結療法に重点を置いた英国の医師でした。 ロンドンに移る前、医師はイギリスのブライトン診療所で上級医師として働いていました。 アーノットは、組織を破壊するために極度の低温を利用した最初の人物でもありました。 1819年、アーノットは癌患者の治療中に凍結療法を使用して乳房と子宮の腫瘍を凍結させた。

アーノットは、氷「2部」と塩化ナトリウム「1部」を混合して、温度を-18°～-24°Cの間にした。 実験を行うために、アーノット氏は、防水クッション、衝撃を受けた領域から水を運ぶための 2 本のフレキシブル チューブ、混合物用のリザーバー、サンプ (廃水をためる洗面器) などを含む独自の装置も作成しました。 アーノットは 1845 年に最初の凍結手術を実施しました。アーノットは、手術前の皮膚の麻酔だけでなく、がんの治療にも凍結療法の可能性があることを認めていました。 現在でも凍結療法はさまざまな種類のがんの治療に使用されています[1]。

1877 年 12 月、ルイ ポール カイユテ (およびラウル ピクテ) は数日のうちに独自に酸素を液化する方法に到達しました。

カイユテはパリのリセ アンリ 4 世で教育を受け、後に父親の鉄工所に雇われ、そこで勉強に取り組みました。 1869 年、カイユテは高圧化学の実験を開始しました。 1877 年 12 月、ピクテはフランスのアカデミーに液化酸素を開発したと発表しました。 ピクテの2日後、カイユテは同じ発見をしたと発表した。

両氏は、酸素を液化するには冷却と圧縮が必要であることを認めたが、そのためには異なる技術を利用した。 カイユテは、圧縮装置を使用してガスの液化を実現しました。 ピクテは、液体二酸化硫黄を蒸発させて二酸化炭素を液体に変えるカスケード法を利用しました。 Cailletet の方法の代わりに、この方法では液体ガスが大量に生成され、その技術は他の種類のガスにも簡単に適用できる可能性があります。 現在、液体水素と液体ヘリウムは極低温学において重要な役割を果たしています。[]

アービング S. クーパーは 1922 年にアトランティックシティで生まれ、後に大学で医学博士号を取得しました。 彼は 1950 年代と 1960 年代にニューヨーク市のセント バーナバス病院脳神経外科の組織化に貢献しました。 セント・バーナバスでの勤務中、クーパーは運動障害を持つ人々を助けるために何千件もの手術を行ったことで知られるようになった。

クーパーには患者の手術をビデオに撮る習慣があった。 1961 年 12 月 25 日、クーパーは、二酸化炭素を注入してボトルのコルク栓を外すワイン栓抜きを受け取りました。 クーパーが興味を惹かれたのは、ガジェットの一部がボトルの一部をどのように冷却するかということでした。 クーパーは最終的にこの開栓技術を手術に利用することになりました。

1960 年代には、患者の機密保持は今日のようなものではありませんでした。 その結果、現在の多くの専門家は、クーパーの実験は機密性と境界を押し広げる性質のため物議を醸すものであると見ている。 これらの懸念にもかかわらず、クーパーは、液体ガスを利用して病変組織を除去する冷凍手術を考案しました [3]。

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ウィルマ・ジーン・マクラフリンは、1965年に、短期冷凍施設で人を無料で冷凍することを申し出た団体である延命協会によって、ほぼ最初の極低温冷凍された人物になるところだった。 1965 年 5 月 20 日、マクラフリンは心臓と循環器の問題で亡くなりました。 極低温科学者のグループはマクラフリンを凍結しようとしたが、プロセスは失敗した。 さらに、マクラフリンの遺体を保管するカプセルを供給したとされる企業ジュノ・インコーポレイテッドは、この装置はまだテスト中であり、プロトタイプのみが存在すると報告した。

マクラフリンの凍結を確認するはずだった実験は放棄されました。 何がマクラフリンの凍結を正確に妨げたのかについての報告は矛盾している。 実験が続行されなかった理由としては、実験についてマクラフリン氏の親族と牧師の間で意見の相違があったこと、地元の医師が実験に協力しなかったこと、病院当局が実験への協力を拒否したこと、極低温カプセルが準備されていなかったこと、大臣が挙げられていることが挙げられる。法律が整備されていないことを警告した。 死亡当時、女性は夫が自分を凍らせようとしていたことにも気づいていなかった。

技術的には実験は失敗に終わったが、マクラフリンの状況により、延命協会は直後に初の人間の冷凍凍結を実施することになった[4]。

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1960 年代初頭、アリゾナ州の Cryo-Care Equipment Corporation は、液体窒素を利用して実際に極低温冷凍を行った唯一の企業でした。 1966年、初めて人体が2か月間防腐処理された後冷凍された。

この処理は中年女性の遺体を液体窒素の中に入れることで行われた。 その後、女性は霊安室の冷蔵庫に氷点以上の温度で保管された。 ロサンゼルス出身の亡くなった女性は1年後に解凍され、愛する人たちによって埋葬された。

同年、サンフランシスコの学校教師の凍結も同様に、死亡から時間が経ちすぎたため中止された。 研究者らは、たとえ彼の脳がいつか復活したとしても、修復不可能な損傷を受けていると判断した。 [5]

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カリフォルニア大学バークレー校の元教授で、1967年に腎臓がんで亡くなったベッドフォード氏は、いつか復活することを期待して極低温冷凍保存された初めての人間だった。

ベッドフォード氏は亡くなったとき、私財を使い、極低温研究のために10万ドルを残した。 ベッドフォードさんの生き残った愛する人たちは、ベッドフォードさんの意志を守るためにこれ以上の費用を費やし、他の親族に対して凍結することになった。 彼の遺体は数人の医師によって保存され、医師はベッドフォードさんの体に15％のジメチルスルホキシドと85％のリンゲル液の溶液を注射した。 ベッドフォードさんの脳はこれらの化学物質から守られていなかった可能性が高い。

1969年まで、ベッドフォードはアリゾナ州フェニックスにあるエドワード・ホープのクリプトケア施設に保管されていた。 ホープは極低温学の先駆者であることに加えて、ベッドフォードの生気を失った体を液体窒素の中に保管するかつら職人でもあった。 1982年以来、ベッドフォードの遺体はアリゾナ州スコッツデールのアルコー延命財団に安置されている。 1994年、地震と規制問題への懸念から、ベッドフォードと彼が保管されていた33体の冷凍死体すべてを再びアリゾナに移送する必要が生じた。 ベッドフォードが冷凍保存された日である 1 月 12 日は、極低温分野の人々の間で今でも「ベッドフォードの日」として知られています。 [6]

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Peter Mazur は米国の研究者で、暗号保存を通じて生物材料を保存する新しい方法を開発しました。これにより、最終的に科学者は生物材料を長期間保存または研究できるようになります。 1960 年代から 1970 年代にかけての Mazur の研究でも、凍結保存中に細胞に損傷を与える可能性のある元素を明らかにするさまざまな発見が行われました。

マズール氏は、ハーバード大学で講義を行った主婦兼ビジネスライターの家庭に 1928 年にニューヨーク市で生まれ、ハーバード大学を卒業し、脱水によって真菌の胞子を保存する実験を始めました。 Mazur 氏は、彼の画期的な論文「凍結損傷の 2 因子仮説: チャイニーズハムスター組織培養細胞からの証拠」の中で、細胞が高塩濃度にさらされ、細胞内で氷が形成されると細胞損傷が引き起こされる可能性があることを発見しました。

Mazur 氏の研究は、凍結を防ぐのに十分遅く、高塩濃度への曝露を最小限に抑えるのに十分な速さの、セルのタイプごとに最適な冷却速度を決定したため、影響力があります。 マズールの研究はまた、冷凍生物学と冷凍保存における重要な進歩の基礎を形成するのにも役立ちました。

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ニューヨーク冷凍学会は 1960 年代後半に患者の冷凍保存を開始しました。 被験者の親族が冷凍懸濁液の代金を支払ったが、組織は貯蔵カプセルを供給する必要があった。 1972年、同社は最初の子供を凍結したが、この行為に関連した報道があったため、ニューヨーク冷凍学会はこれを歓迎した。

1972年、モントリオール出身のジュヌヴィエーヴ・ド・ラ・ポトリーが初の極低温冷凍児となった。 製薬セールスマンとオペラ歌手の娘であるデ・ラ・ポテリーは、1972年1月25日に腎臓癌のためサン・ジュスティン病院で8歳で亡くなった。 カリフォルニアに拠点を置く延命財団は、子供の体を凍結することになっていた。 組織はこれを適切に行わなかったため、子供の体は蘇る可能性がないまま悪化してしまいました。 その後、遺体はニューヨーク冷凍学会によって冷凍保存された。

子供の遺体は、「チャッツワース災害」が発生した1994年まで、カリフォルニア冷凍学会によって保管されていた。 この出来事により、ネルソンが遺体を保管していた場所で真空ポンプが故障した。 これにより、多くの生命力を失った遺体が破壊されました。[8]

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1983 年に最初のヒト胚が凍結保存されました。それ以来、ヒトの血液、幹細胞、胚、精細胞、卵子の凍結保存が 30 万件以上の出生に関与してきました。 この最初の凍結保存はモナシュ大学の医学研究チームによって行われました。 この研究機関は、体外受精 (IVF) や子宮交換前の胚の凍結を通じて人間の妊娠を達成するために利用できるさまざまな方法について報告することを任務としていました。

1971 年に、このプログラムは今日でも体外受精を支えている研究を開始しました。 この研究には、オーストラリアのメルボルンの女性ボランティアから研究用の卵子を収集することが含まれていました。 1973 年、このプログラムに参加した医療従事者は、体外受精が不妊問題の治療に成功する可能性があるという最初の兆候を示しました。 1938年、モナシュのチームは提供された卵細胞を使った別の体外受精実験を実施した。 この妊娠は最終的には 10 週で流産に終わりましたが、この実験はさらなる体外受精実験の基礎として役立ちました。 また、1983 年には、このプログラムにより凍結胚を使用した初の体外受精出産が達成されました。 この実験は、一時的に凍結した胚が後に子宮に移植されて胎児になる可能性があるという証拠を示した。

体外受精は、不妊症に悩む男性と女性の両方にとっての治療法となっています。 体外受精では、女性の体外で卵細胞を受精させます。 その後、医療従事者は卵子に精子を注入し、受精卵を女性の子宮に移植します。 さらに、モナシュ IVF は現在、不妊治療プログラムにおけるオーストラリアのリーダーの 1 つとして認められています [9]。

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1983年、ビーグル犬のマイルズはカリフォルニア大学バークレー校の冷凍実験に参加した。 ウディ・アレンが『スリーパー』で演じたキャラクターにちなんで名付けられたこの犬は、自分の血液をグリセロール溶液で置き換えた。 その後、犬は氷点下数度まで冷却されました。 15分間仮死状態で過ごした後、犬は生き返った。 研究者らはその後、ワシントンで開催された米国実験生物学協会連合の会議で詳細を発表した。

この実験の後、米国の冷凍保存会社からの問い合わせ数が大幅に増加したと報告されました。 当時、科学者たちはこれを極低温学における大きな前進として歓迎しました。

その後、ロサンゼルス・タイムズ紙は、犬が極低温で吊り下げられる人間の氷点下に置かれたわけではないことを明らかにする記事を掲載した。 記事はまた、研究を実施した研究者が正確にはバークレーの医学研究者ではなかったと述べた[10]。