Nature, PNAS重磅報道！德國黑科技首次復蘇冷凍小鼠大腦，冷凍人復蘇或將成現實？

在科幻作品中，“低溫冷凍的時間旅行者”是一個非常經典的設定：人的身體被深度冷凍，進入某種“暫停狀態”，多年甚至數百年后被解凍，再次醒來時，思維清晰、記憶完整、身體機能正常。

然而，現實中的科學遠沒走到這一步。要完全恢復大腦正常工作所需的一整套過程，比如神經元放電、細胞代謝以及腦可塑性（如學習和記憶相關的改變）一直沒有做到。

現在，德國的一個研究團隊首次展示了一種方法，能夠在小鼠大腦經過冷凍和解凍之后，保留部分關鍵腦功能。這項研究于 3 月 3 日發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）。

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

nature雜志也在今日對此項研究作了詳細報道：

德國埃爾朗根－紐倫堡大學神經學家、論文第一作者 Alexander German 提出了一個發人深省的問題：

“如果大腦功能是一種由其物理結構涌現出來的屬性，那么當一切徹底停擺后，我們該如何讓它重新恢復？”

他表示，這項成果隱約指向了未來一些可能性：

• 在疾病或嚴重損傷時更好地保護大腦；

• 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，最主要的原因，是冰晶形成帶來的損傷。

在冷凍過程中，水分結成冰晶，這些冰晶會：

• 擠壓或刺穿腦組織精細的納米結構；

• 破壞神經元和突觸之間微妙的連接；

• 從而干擾關鍵的細胞過程。

German 補充說：“除了冰晶，我們還必須考慮其他幾個因素，包括滲透壓應激，以及冷凍保護劑本身帶來的毒性。”

為應對這些問題，German 和同事轉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則的冰晶結構，而是被“鎖定”在一種雜亂、無序、類似玻璃的固態中。

從“腦片”開始的嘗試

研究人員先在小鼠大腦切片上做實驗。切片大約 350 微米厚，里面包含和記憶、空間導航相關的海馬體。

他們先把腦片泡在含有冷凍保護劑的溶液里做預處理，然后用 ?196 ℃ 的液氮迅速降溫，讓腦片進入類似玻璃的狀態，再在 ?150 ℃ 的低溫下保存 10 分鐘到 7 天不等。之后，用溫熱溶液給腦片復溫，并慢慢去掉冷凍保護劑。

解凍后，檢測結果顯示：在顯微鏡下，神經元和突觸結構還比較完整，線粒體功能正常，細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，但神經元對電刺激的反應大體上還是正常的。

更重要的是，海馬體神經通路仍然表現出突觸增強（long-term potentiation，LTP）。這是一種與學習和記憶密切相關的神經可塑性現象，被認為是形成記憶的基礎機制之一。

不過，由于這類腦片在體外環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

在腦片實驗取得初步成功后，團隊將這一方法擴大應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，并進行電生理記錄。結果顯示：

• 神經通路仍然存在并可以被激活；

• 包括與記憶相關的海馬體通路在內，這些神經通路依舊能夠產生長期增強（LTP）。

這意味著，在整顆大腦被冷凍和復溫之后，部分與記憶相關的神經網絡結構和功能仍被保留下來。

需要強調的是，這些記錄都是在解剖后的腦切片上完成的，并沒有讓小鼠“復蘇”并進行行為學測試。因此，研究人員無法判斷：

冷凍前小鼠大腦中已經形成的具體記憶，是否在低溫保存后仍然存在。

換句話說，目前可以確認的是“解凍后神經網絡還能工作”，但離“冷凍前學過什么、解凍后還能記得”這一步，還有非常遙遠的距離。

仍然屬于科幻，但方向已現

German 和他的團隊正在把這項技術從小鼠大腦，擴展到人類腦組織上。他說：“我們已經在人體大腦皮層組織上得到了顯示其仍具活性的初步數據。”團隊也在探索，玻璃化技術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，而且這些結果未必能直接應用到更大的人體器官上，因為還會遇到更多工程難題。

German 補充道，要想真正把這些原理應用到大型人體器官上，“仍然需要更好的玻璃化溶液，以及更先進的降溫和復溫技術。”

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