Die klassische Immersion in flüssigem Stickstoff ist in ihrer Einfachheit kaum zu überbieten. Nun muss sich zeigen, ob die geringere thermische Belastung bei ITS den zusätzlichen technischen Aufwand rechtfertigt.
Eine Schwachstelle der klassischen Immersion zeigt sich gegen Ende der Abkühlung. Vitrifiziertes Gewebe verhält sich mechanisch wie Glas und zieht sich weiter zusammen, wenn es auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff abgekühlt wird.
Mit Intermediate Temperature Storage, kurz ITS, soll der Körper eines Patienten bei einer höheren Lagertemperatur sicher im glasartigen Zustand bleiben, während geringere thermomechanische Spannungen entstehen.
Die Idee ist vielversprechend. Die technische Umsetzung ist anspruchsvoller, als die Formulierung «Lagerung bei etwa −140 °C» vermuten lässt.
Inzwischen gibt es ein solches System, das Platz für einen Menschen bietet. Im August 2026 traf der erste ITS-Dewar für die Lagerung eines Menschen in der Einrichtung der EBF ein, wo Tomorrow.bio ihn testet.
Das Problem beginnt beim Glasübergang
Eine Kryoprotektivum-Lösung wird nicht bei einer exakt definierten Temperatur zum Glas. Ihre Viskosität steigt über einen Übergangsbereich hinweg, während die Molekülbewegung extrem langsam wird.
Die angegebene Glasübergangstemperatur *T*g dient als Referenzwert und wird unter festgelegten Messbedingungen bestimmt.
Oberhalb dieses Bereichs kann sich Spannung abbauen, weil das Material auf der relevanten Zeitskala noch fliessen kann. Darunter verhält sich das vitrifizierte Material zunehmend wie ein spröder Festkörper.
Beim weiteren Abkühlen zieht sich das Material zusammen. Unterschiedliche Gewebe, Kryoprotektivum-Konzentrationen und Trägermaterialien können sich unterschiedlich stark zusammenziehen.
In einem menschlichen Körper entstehen zudem Temperaturunterschiede zwischen verschiedenen Bereichen. Die äusseren Bereiche nehmen die Umgebungstemperatur früher an als das Körperinnere.
Diese Unterschiede erzeugen Spannung. Übersteigt die Zugspannung die lokale Festigkeit des vitrifizierten Materials, kann ein Riss entstehen.
Peer-reviewte thermomechanische Modellierung zeigt: Geometrie, Abkühlverlauf und Temperaturgradienten beeinflussen gemeinsam die mechanischen Spannungen in grossen vitrifizierten Proben.
Warum langsames Abkühlen hilft, aber nicht alles löst
Langsames, gleichmässiges Abkühlen verringert Temperaturunterschiede im Patienten. Wird die Temperatur nahe dem Übergangsbereich eine Zeit lang konstant gehalten, können sich Spannungen abbauen, bevor die Abkühlung fortgesetzt wird.
Deshalb steuert Tomorrow.bio den Temperaturverlauf in den letzten Phasen der Ganzkörperabkühlung gezielt.
Die Abkühlrate ist nicht die einzige Variable. Wo Gewebe, Behälteroberflächen und Trägerstrukturen miteinander verbunden sind, können weiterhin Spannungen entstehen, wenn sich die Materialien unterschiedlich stark zusammenziehen.
Auch die Grösse des menschlichen Körpers spielt eine Rolle. Ein Abkühlverfahren, das in einer kleinen Lösungsprobe Risse verhindert, verhindert sie nicht zwangsläufig auch im ganzen Körper.
Neuere experimentelle Arbeiten bestätigen, dass das Rissverhalten stark von der *T*g des Kryoprotektivums und den Materialeigenschaften abhängt, nicht nur von der Endtemperatur.
ITS begrenzt damit eine wesentliche Ursache der Rissbildung: die weitere Abkühlung unter *T*g. Damit sind jedoch nicht alle Ursachen für Risse beseitigt.
Für ITS ist ein Temperaturbereich entscheidend
«Etwa −140 °C» dient als Orientierung, ist aber kein Sollwert, der für jeden Patienten und jede Zusammensetzung der Kryoprotektivum-Lösung gilt.
Die obere Temperaturgrenze muss weit genug unterhalb des massgeblichen Glasübergangsbereichs liegen, damit das gesamte mit Kryoprotektivum behandelte Gewebe trotz Temperaturunterschieden, Messunsicherheiten und Regelabweichungen glasartig bleibt.
Bei der Festlegung der unteren Temperaturgrenze muss berücksichtigt werden, wie stark sich das Gewebe bei weiterer Abkühlung zusammenzieht und welche zusätzlichen Spannungen dabei entstehen.
Welcher Temperaturbereich für den Betrieb sicher ist, hängt auch von der Kryoprotektivum-Konzentration ab. Bereiche, die bei der Perfusion weniger Kryoprotektivum aufgenommen haben, können sich beim Abkühlen anders verhalten als ausreichend versorgte Bereiche.
Bei der Festlegung des zulässigen Temperaturbereichs muss auch berücksichtigt werden, wo gemessen wird. Ein Sensor meldet seine eigene Temperatur, nicht die Temperatur jedes Punkts im menschlichen Körper.
Die technische Herausforderung besteht darin, auch die wärmsten massgeblichen Gewebebereiche ausreichend kalt zu halten, ohne die kältesten unnötig weiter abzukühlen.
Warum gewöhnlicher Stickstoffdampf nicht ausreicht
Der Raum über flüssigem Stickstoff ist kalt, weist aber ohne weitere Massnahmen keine einheitliche Temperatur auf.
Gas nahe der Flüssigkeitsoberfläche ist kälter als Gas nahe dem Deckel. Wärme dringt durch Hals und Wände ein und erzeugt vertikale und radiale Gradienten.
Würde ein Patient einfach oberhalb der Flüssigkeit gelagert, wäre damit noch keine definierte Lagertemperatur im gesamten Körper gewährleistet.
Ein ITS-System muss im Inneren so aufgebaut sein, dass es diese Temperaturunterschiede ausgleicht und den Wärmefluss um den Patienten gezielt steuert.
Veröffentlichte ITS-Konzepte kombinieren wärmeleitende Auskleidungen, isolierte Patientenkammern, Stickstoffdampf und eine geregelte elektrische Heizung.
Die Heizung wirkt zunächst widersinnig. Die Heizung hält die mit Stickstoff gekühlte Kammer auf einer konstanten Temperatur oberhalb der Temperatur ihrer tiefkalten Umgebung.
Verschiedene Bauweisen für dieselbe Regelungsaufgabe
Ein ITS-Behälter kann flüssigen Stickstoff als Kältereservoir nutzen und dabei die Patiententemperatur im darüberliegenden Dampfraum steuern.
Bei einer anderen Bauweise lässt sich die Kühlleistung darüber regeln, wie viel Wärme zwischen der Lagerkammer und dem Stickstoffreservoir übertragen wird.
Ventilatoren, wärmeleitende Bauteile oder eine geregelte Gaszirkulation können für eine gleichmässigere Temperaturverteilung sorgen. Jede Komponente beeinflusst die Wärmeflüsse und die möglichen Störungen des Systems.
Entscheidend ist die konkrete Bauweise des Systems, nicht allein die Bezeichnung ITS. Zwei Behälter mit demselben nominellen Sollwert können sich bei den Temperaturgradienten, den Sicherheitsreserven und dem Verhalten im Störfall stark unterscheiden.
Brian Wowks technischer Überblick über ITS-Systeme beschreibt frühe Konstruktionen mit wärmeleitender Auskleidung und geregeltem Stickstoffdampfstrom.
Diese Prototypen zeigen, wie sich die physikalischen Prinzipien technisch nutzen lassen. Aus ihrem Fassungsvermögen und ihren Haltezeiten lassen sich keine entsprechenden Werte für neuere Ganzkörpersysteme ableiten.
Der Regelkreis muss den gesamten Patienten erfassen
Ein Regler vergleicht die gemessene Temperatur mit einem Sollwert und steuert entsprechend die Heizung, ein Ventil für den Stickstofffluss oder ein anderes Stellglied.
Ein einzelner Sensor reicht für ein Objekt von menschlicher Grösse nicht aus. Er könnte einen konstanten Wert anzeigen, während die Temperatur in einem anderen Bereich ausserhalb des zulässigen Temperaturbereichs liegt.
Bei der Validierung sollten deshalb Temperaturen auf verschiedenen Höhen, in unterschiedlichen Abständen zur Mittelachse und an repräsentativen Stellen im Inneren gemessen werden, sowohl im stationären Betrieb als auch beim Wechsel zwischen Betriebszuständen.
Die Sensoren müssen so angeordnet sein, dass sich die Temperatur der Luft oder des Stickstoffdampfs getrennt von der Körpertemperatur des Patienten erfassen lässt. Diese Temperaturen können während der Abkühlung, bei Störungen und bei der Rückkehr zum Normalbetrieb voneinander abweichen.
Auch die Regelstabilität zählt. Wenn die Regelung wiederholt über das Ziel hinausschiesst und anschliessend gegensteuert, kann die Temperatur regelmässig schwanken, auch wenn ihr langfristiger Mittelwert unauffällig bleibt.
Entscheidend ist der Nachweis, dass die Temperatur unter realistischen Bedingungen im gesamten gelagerten Körper innerhalb des zulässigen Bereichs bleibt.
ITS verändert den Verlauf möglicher Störfälle
In einem klassischen Immersions-Dewar hält ausreichend Flüssigkeit den Patienten ohne aktive thermische Regelung nahe der Siedetemperatur von Stickstoff.
ITS fügt Sensoren, Regellogik, Stellglieder und elektrische Systeme hinzu. Diese Komponenten verbessern die Temperaturregelung im Normalbetrieb, erhöhen aber auch die Zahl möglicher Fehlerquellen.
Das System sollte so ausgelegt sein, dass sich seine Funktion bei einem Ausfall möglichst langsam verschlechtert und die Störung frühzeitig erkennbar ist. Alarme müssen auslösen, bevor der Patient eine der beiden Grenzen des validierten Temperaturbands erreicht.
Fällt die Heizung oder die Gaszirkulation aus, kann die Temperatur in der Kammer bei manchen mit Stickstoff gekühlten Systemen sinken, statt zu steigen.
Eine solche Abkühlung kann den glasartigen Zustand erhalten, erhöht aber das Rissrisiko. Eine weitere Abkühlung mag weniger gefährlich sein als eine Erwärmung über die sichere obere Temperaturgrenze, ist aber ebenfalls mit Risiken verbunden.
Andere Störungen können den Stickstoffvorrat verringern oder den Patienten von der Kältequelle trennen. Wie sich eine solche Störung auswirkt, hängt von der Bauweise des Behälters ab.
Deshalb muss in Störfalltests geprüft werden, ob die passive Absicherung tatsächlich funktioniert; flüssiger Stickstoff im System allein ist dafür kein Nachweis.
Was ein seriöses Validierungsprogramm misst
Zu Beginn der Inbetriebnahme wird ein mit Messsensoren ausgestatteter Prüfkörper verwendet, der Grösse, Wärmekapazität und Form des Patienten nachbildet.
Die Tests sollten erfassen, wie gleichmässig die Temperatur im stationären Betrieb verteilt ist, wie das System abkühlt, wie viel Stickstoff und Strom es verbraucht und ob zyklische Temperaturschwankungen auftreten.
Die Tests sollten gezielt Sensor- und Reglerfehler, festsitzende Ventile, einen Stromausfall, einen aufgebrauchten Stickstoffvorrat, einen Kommunikationsausfall und ein verspätetes Eingreifen des Personals simulieren.
Die Rückkehr zum Normalbetrieb ist ebenso wichtig wie der Ausfall selbst. Die Temperatur sollte in den validierten Bereich zurückkehren, ohne dass dabei gefährliche Temperaturgradienten entstehen oder die Regelung überschwingt.
Es braucht klare Kriterien, um eine schleichende Veränderung der Sensorkalibrierung und Abweichungen zwischen Sensoren zu erkennen. Redundante Sensoren nützen wenig, wenn die Software bei widersprüchlichen Messwerten ohne Fehlermeldung den Wert auswählt, der am besten zum erwarteten Zustand passt.
Bei der Angabe der Haltezeit müssen die Randbedingungen genannt werden: der anfängliche Stickstoffvorrat, die Umgebungsbedingungen, die Art der Störung und der Temperaturschwellenwert, bei dessen Erreichen die Haltezeit endet.
Ein Behälter ist erst für die Lagerung von Patienten geeignet, wenn sein Verhalten im Normalbetrieb und bei plausiblen Störfällen ausreichend untersucht ist.
ITS könnte eine spätere Wiedererwärmung erleichtern
Risse zerstören nicht zwangsläufig die mikroskopischen Strukturen beiderseits der Bruchstelle. Sie erschweren jedoch die Wiedererwärmung und die erneute Durchströmung des Gewebes erheblich.
Bei weniger Rissen müssten möglicherweise weniger Gewebeschäden repariert werden, bevor sich biologische Funktionen wiederherstellen liessen.
Bei einer höheren Ausgangstemperatur müsste der Körper für eine spätere Wiedererwärmung eine kleinere Temperaturspanne durchlaufen. Eine höhere Ausgangstemperatur beseitigt jedoch weder das Risiko der Eisbildung noch die Giftigkeit der Kryoprotektiva oder das Problem einer ungleichmässigen Erwärmung.
Die aktuelle Forschung an vitrifizierten Organen behandelt Rissbildung und Kristallisation weiterhin als getrennte Risiken, die beide beherrscht werden müssen.
ITS erleichtert einen Teil der Aufgabe, einen kryokonservierten Körper wieder in einen lebensfähigen Zustand zu versetzen. ITS versetzt den Körper nicht in einen reversiblen Ruhezustand und ermöglicht nach heutigem Stand keine Wiederbelebung.
Der aktuelle Umsetzungsstand bei Tomorrow.bio
Im öffentlich zugänglichen Forschungsplan von Tomorrow.bio wird die Entwicklung eines ITS-Systems für die Ganzkörperlagerung als laufendes Projekt aufgeführt.
Am Donnerstag, 13. August 2026, erhielt Tomorrow.bio in der Einrichtung der EBF in Rafz seinen ersten ITS-Dewar für die Lagerung eines Menschen.
Das System für die Lagerung eines Menschen wurde von 21st Century Medicine entwickelt.
Damit ist Tomorrow.bio die weltweit erste Kryokonservierungsorganisation, die einen ITS-Dewar für die Lagerung eines Menschen besitzt.
Der Dewar wird noch nicht routinemässig zur Lagerung von Patienten eingesetzt. Er befindet sich in einer Testphase, die mehrere Monate dauern soll.
Im Testprogramm werden der Verbrauch von flüssigem Stickstoff, die Temperaturstabilität, die räumliche Temperaturverteilung, das Regelverhalten und die Leistungsfähigkeit im Dauerbetrieb untersucht.
Das Team ermittelt zudem Schwachstellen und prüft, wie sich das System verhält, wenn Sensoren, Regelung, Stromversorgung oder Stickstoffzufuhr nicht normal funktionieren.
Auf Grundlage dieser Ergebnisse wird festgelegt, innerhalb welcher Grenzen das System betrieben werden darf, wie es überwacht und gewartet werden muss und wie bei Störfällen vorzugehen ist.
Mit der Lieferung verfügt die EBF nun über ein ITS-System für die Lagerung eines Menschen. Damit ist noch nicht nachgewiesen, dass sich Patienten darin sicher im Routinebetrieb lagern lassen.
Vor dem regulären Betrieb müssen zunächst messtechnische Prüfungen und Störfalltests durchgeführt werden; danach folgt die dokumentierte Abnahme.
Wie sich ITS mit der klassischen Immersion vergleichen lässt
Die Verfahren lassen sich nicht einfach als «fortschrittlich» oder «veraltet» einordnen. Jede Bauweise verringert bestimmte Risiken und bringt andere mit sich.
Bei der klassischen Immersion bleibt die Temperatur auch ohne aktive Regelung aussergewöhnlich stabil; das zugrunde liegende thermodynamische Prinzip ist einfach. Bei der tieferen Lagertemperatur kann sich das Gewebe stärker zusammenziehen, wodurch zusätzliche thermomechanische Spannungen entstehen.
Bei ITS wird weniger weit abgekühlt, was die Rissbildung verringern kann. Dafür erfordert ITS eine präzisere Temperaturregelung, mehr Komponenten und einen umfassenderen Nachweis der sicheren Funktionsweise.
Für die Beurteilung muss das Gesamtrisiko verglichen werden; dazu gehören Ausmass der Rissbildung, Abstand zu kritischen Temperaturgrenzen, Verhalten bei Störfällen, Haltezeit, Wartung, Verfahren zur Umlagerung und personelle sowie organisatorische Möglichkeiten der Einrichtung.
Die umgebende Lagereinrichtung muss den gewählten Behälter über Jahrzehnte zuverlässig betreiben können; eine einmalige Vorführung reicht nicht aus.
Fazit
ITS setzt an einer Schwachstelle der Ganzkörper-Kryokonservierung an: Wird ein vitrifizierter Körper weit unter seine Glasübergangstemperatur abgekühlt, entstehen mechanische Spannungen.
Dass ITS mechanische Spannungen verringern kann, ist physikalisch plausibel und wird durch thermomechanische Forschung gestützt. Wie gross der Nutzen für einen menschlichen Patienten tatsächlich ist, hängt von der technischen Umsetzung ab und muss durch Messungen ermittelt werden.
Vertrauen in die Technologie entsteht durch dokumentierte räumliche Temperaturverteilungen, Störfalltests, Erfahrungen aus dem Langzeitbetrieb und offen zugängliche Daten aus der Inbetriebnahme.
Kurz gesagt: Intermediate Temperature Storage soll die mechanischen Spannungen bei der Tiefkühlung verringern, indem Patienten bei Temperaturen oberhalb von −196 °C gelagert werden. Es kann Risse reduzieren, verlangt aber aktive Regelung, mehr Ausrüstung und umfangreiche Tests.
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