Nature, PNAS重磅報(bào)道！德國黑科技首次復(fù)蘇冷凍小鼠大腦，冷凍人復(fù)蘇或?qū)⒊涩F(xiàn)實(shí)？

在科幻作品中，“低溫冷凍的時間旅行者”是一個非常經(jīng)典的設(shè)定：人的身體被深度冷凍，進(jìn)入某種“暫停狀態(tài)”，多年甚至數(shù)百年后被解凍，再次醒來時，思維清晰、記憶完整、身體機(jī)能正常。

然而，現(xiàn)實(shí)中的科學(xué)遠(yuǎn)沒走到這一步。要完全恢復(fù)大腦正常工作所需的一整套過程，比如神經(jīng)元放電、細(xì)胞代謝以及腦可塑性（如學(xué)習(xí)和記憶相關(guān)的改變）一直沒有做到。

現(xiàn)在，德國的一個研究團(tuán)隊(duì)首次展示了一種方法，能夠在小鼠大腦經(jīng)過冷凍和解凍之后，保留部分關(guān)鍵腦功能。這項(xiàng)研究于 3 月 3 日發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）。

論文詳細(xì)介紹了他們采用的一種名為“玻璃化”（vitrification）的技術(shù)，使腦組織在類似玻璃的狀態(tài)下被保存，并配合一套盡量保護(hù)活體組織的解凍流程。

nature雜志也在今日對此項(xiàng)研究作了詳細(xì)報(bào)道：

德國埃爾朗根－紐倫堡大學(xué)神經(jīng)學(xué)家、論文第一作者 Alexander German 提出了一個發(fā)人深省的問題：

“如果大腦功能是一種由其物理結(jié)構(gòu)涌現(xiàn)出來的屬性，那么當(dāng)一切徹底停擺后，我們該如何讓它重新恢復(fù)？”

他表示，這項(xiàng)成果隱約指向了未來一些可能性：

• 在疾病或嚴(yán)重?fù)p傷時更好地保護(hù)大腦；

• 建立器官銀行；

• 甚至探索哺 乳動物的全身低溫保存。

大腦之所以很難在冷凍后完全恢復(fù)，最主要的原因，是冰晶形成帶來的損傷。

在冷凍過程中，水分結(jié)成冰晶，這些冰晶會：

• 擠壓或刺穿腦組織精細(xì)的納米結(jié)構(gòu)；

• 破壞神經(jīng)元和突觸之間微妙的連接；

• 從而干擾關(guān)鍵的細(xì)胞過程。

German 補(bǔ)充說：“除了冰晶，我們還必須考慮其他幾個因素，包括滲透壓應(yīng)激，以及冷凍保護(hù)劑本身帶來的毒性。”

為應(yīng)對這些問題，German 和同事轉(zhuǎn)而采用一種無冰晶的低溫保存方法——玻璃化（vitrification）。

所謂玻璃化，是指以足夠快的速度冷卻液體，使其中的分子來不及排列成規(guī)則的冰晶結(jié)構(gòu)，而是被“鎖定”在一種雜亂、無序、類似玻璃的固態(tài)中。

從“腦片”開始的嘗試

研究人員先在小鼠大腦切片上做實(shí)驗(yàn)。切片大約 350 微米厚，里面包含和記憶、空間導(dǎo)航相關(guān)的海馬體。

他們先把腦片泡在含有冷凍保護(hù)劑的溶液里做預(yù)處理，然后用 ?196 ℃ 的液氮迅速降溫，讓腦片進(jìn)入類似玻璃的狀態(tài)，再在 ?150 ℃ 的低溫下保存 10 分鐘到 7 天不等。之后，用溫?zé)崛芤航o腦片復(fù)溫，并慢慢去掉冷凍保護(hù)劑。

解凍后，檢測結(jié)果顯示：在顯微鏡下，神經(jīng)元和突觸結(jié)構(gòu)還比較完整，線粒體功能正常，細(xì)胞代謝沒有明顯受損；電生理記錄也表明，雖然和沒冷凍過的對照組相比有些差別，但神經(jīng)元對電刺激的反應(yīng)大體上還是正常的。

更重要的是，海馬體神經(jīng)通路仍然表現(xiàn)出突觸增強(qiáng)（long-term potentiation，LTP）。這是一種與學(xué)習(xí)和記憶密切相關(guān)的神經(jīng)可塑性現(xiàn)象，被認(rèn)為是形成記憶的基礎(chǔ)機(jī)制之一。

不過，由于這類腦片在體外環(huán)境中本身會逐漸降解，觀察時間只能維持幾個小時。

整顆小鼠大腦的玻璃化嘗試

在腦片實(shí)驗(yàn)取得初步成功后，團(tuán)隊(duì)將這一方法擴(kuò)大應(yīng)用到整顆小鼠大腦上。在解凍之后，研究人員從這些大腦中再次切取海馬體切片，并進(jìn)行電生理記錄。結(jié)果顯示：

• 神經(jīng)通路仍然存在并可以被激活；

• 包括與記憶相關(guān)的海馬體通路在內(nèi)，這些神經(jīng)通路依舊能夠產(chǎn)生長期增強(qiáng)（LTP）。

這意味著，在整顆大腦被冷凍和復(fù)溫之后，部分與記憶相關(guān)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能仍被保留下來。

需要強(qiáng)調(diào)的是，這些記錄都是在解剖后的腦切片上完成的，并沒有讓小鼠“復(fù)蘇”并進(jìn)行行為學(xué)測試。因此，研究人員無法判斷：

冷凍前小鼠大腦中已經(jīng)形成的具體記憶，是否在低溫保存后仍然存在。

換句話說，目前可以確認(rèn)的是“解凍后神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還能工作”，但離“冷凍前學(xué)過什么、解凍后還能記得”這一步，還有非常遙遠(yuǎn)的距離。

仍然屬于科幻，但方向已現(xiàn)

German 和他的團(tuán)隊(duì)正在把這項(xiàng)技術(shù)從小鼠大腦，擴(kuò)展到人類腦組織上。他說：“我們已經(jīng)在人體大腦皮層組織上得到了顯示其仍具活性的初步數(shù)據(jù)。”團(tuán)隊(duì)也在探索，玻璃化技術(shù)是否能用于整器官的低溫保存，尤其是心臟。

不過，Kothari 指出，目前在整腦冷凍方案上的成功率并不高，而且這些結(jié)果未必能直接應(yīng)用到更大的人體器官上，因?yàn)檫€會遇到更多工程難題。

German 補(bǔ)充道，要想真正把這些原理應(yīng)用到大型人體器官上，“仍然需要更好的玻璃化溶液，以及更先進(jìn)的降溫和復(fù)溫技術(shù)。”

主編微信

注：添加微信請備注昵稱+單位+研究

微信學(xué)科討論群：病毒學(xué)群，神經(jīng)科學(xué)群、臨床醫(yī)學(xué)、腫瘤學(xué)科群、碩博交流群和醫(yī)藥投資交流群（微信群審核要求較高，請各位添加主編后主動備注單位研究方向）