文|經(jīng)緯創(chuàng)投
很多人都會(huì)好奇,天才的大腦究竟長(zhǎng)什么樣?
愛因斯坦的大腦就是因?yàn)檫@樣的“理由”被無(wú)奈解剖。愛因斯坦的遺愿是安詳離世,不希望自己的大腦或身體被用于研究。但一個(gè)震驚世界的事件發(fā)生了——1955年,愛因斯坦與世長(zhǎng)辭,當(dāng)晚值班的病理學(xué)家托馬斯·哈維把愛因斯坦的大腦偷走了。
為了揭開天才之謎,托馬斯·哈維將愛因斯坦的大腦切成了240塊,保存在火棉膠里(纖維素的某種又硬又堅(jiān)韌的形態(tài))?,F(xiàn)如今,普林斯頓大學(xué)醫(yī)學(xué)中心保管著170塊切片,還有46塊腦組織的薄片在費(fèi)城馬特醫(yī)學(xué)歷史博物館展出,其他切片至今仍下落不明。
如果,我們大膽設(shè)想下,愛因斯坦的大腦沒(méi)有被切片研究,如今我們可以復(fù)活他嗎?如果當(dāng)時(shí)大腦是被冰凍起來(lái)的,未來(lái)科技可以讓愛因斯坦恢復(fù)意識(shí)和聰明才智嗎?或許有這樣的機(jī)會(huì)。
不久前,復(fù)旦大學(xué)邵志成博士團(tuán)隊(duì)成功將冷凍了18個(gè)月的大腦復(fù)活,這一研究成果已在《細(xì)胞》子刊上發(fā)表。
該團(tuán)隊(duì)提出了一種新型腦類器官冷凍保存技術(shù)MEDY,可用于保存人類腦組織和神經(jīng)類器官,為研究腦疾病的病理機(jī)制、腦損傷的類器官移植和藥物發(fā)現(xiàn)提供了新的途徑。那么,冷凍人腦如何能實(shí)現(xiàn)大腦的組織復(fù)活?復(fù)活后的大腦,學(xué)過(guò)的知識(shí)和曾經(jīng)的記憶也會(huì)完好保存下來(lái)嗎?從解凍人腦到人類永生,人類追求永生做了哪些事情?以下,Enjoy:
01 復(fù)活“冰凍大腦”一共分幾步?
日常生活中,鮮肉或者水果凍過(guò)再解凍會(huì)變軟,人腦或類人腦組織也會(huì)遇到這樣的問(wèn)題。
因?yàn)榧?xì)胞中含有大量水分,一旦被凍,水的體積會(huì)膨脹,并形成尖銳的冰晶,把細(xì)胞“撐破”。因此,腦類器官冷凍保存的最大挑戰(zhàn)是避免或減少冰晶的形成。這也是學(xué)界一直需要攻克的難題。
以往的冷凍保存技術(shù)已被證明適用于胚胎干細(xì)胞、配子、胚胎、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤類器官、子宮內(nèi)膜器官,這是因?yàn)槟z質(zhì)母細(xì)胞瘤和子宮內(nèi)膜類器官都具有很強(qiáng)的增殖和再生能力,可以增加冷凍保存后細(xì)胞的存活并促進(jìn)傳代后的恢復(fù)。但腦細(xì)胞含水量高達(dá)80%,對(duì)低溫?fù)p傷很敏感,傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法保存大多數(shù)功能性神經(jīng)元。
因此,復(fù)旦大學(xué)團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,先利用人類胚胎干細(xì)胞培育出大腦類器官,然后將其放入不同的化學(xué)藥劑中,冷凍至少48小時(shí)后再解凍,監(jiān)測(cè)其生長(zhǎng)和細(xì)胞死亡情況。
MEDY對(duì)皮質(zhì)類器官功能結(jié)構(gòu)的保護(hù)
最終,研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)由甲基纖維素、乙二醇、DMSO和Y27632組成的化學(xué)藥劑效果最為理想——大腦類器官組織解凍后,死亡的細(xì)胞最少、生長(zhǎng)得更多,這種藥劑被命名為“MEDY”。隨后,研究團(tuán)隊(duì)不斷延長(zhǎng)冷凍時(shí)間,發(fā)現(xiàn)大腦類器官最長(zhǎng)的冰凍時(shí)間達(dá)到了18個(gè)月,腦器官解凍后依然有活力。
講完了冰凍過(guò)程,要說(shuō)下如何解凍“大腦”。解凍步驟如下:1.將需要解凍的樣本(如腦類器官或腦組織)從液氮中取出;2.放到37°C溫度下使其盡快解凍;3.需要小心地將類器官轉(zhuǎn)移到含有10μM Y27632的W4培養(yǎng)基中培養(yǎng)兩天,然后繼續(xù)在37°C下培養(yǎng);4.第三天起,使用不含 Y27632的W4培養(yǎng)基,繼續(xù)培養(yǎng)兩天。后續(xù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求,對(duì)解凍后的樣本進(jìn)行進(jìn)一步的處理和分析。
此外,為了擴(kuò)大 MEDY 冷凍保存技術(shù)的潛在臨床應(yīng)用,研究人員從一名9個(gè)月大、患有癲癇的女孩身上取出了3立方毫米的腦組織。解凍后,腦組織在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)物中存活了兩個(gè)星期,仍然保持著活躍狀態(tài)。
癲癇兒童來(lái)源的皮質(zhì)類器官和活腦組織的保存情況
為了驗(yàn)證MEDY冷凍保存后解凍的類器官是否仍然具有功能性神經(jīng)元活性,研究人員進(jìn)行了鈣成像。經(jīng)過(guò)約20秒的刺激后,可以在MEDY冷凍保存的類器官中檢測(cè)到強(qiáng)烈的鈣活動(dòng)。這意味著,冷凍保存后谷氨酸能突觸連接仍然得以維持。
RNA測(cè)序揭示了MEDY冷凍保存技術(shù)背后的基因表達(dá)變化
綜上所述,這些結(jié)果表明,在MEDY冷凍保存期間,皮質(zhì)類器官的功能細(xì)胞結(jié)構(gòu)可以得到很好的保存。
我們可以看到,這項(xiàng)研究展示了MEDY低溫保存技術(shù)在人類腦組織和神經(jīng)類器官保存方面的有效性和適用性,為腦科學(xué)研究和相關(guān)醫(yī)療應(yīng)用開辟了新的途徑。
那么,如果當(dāng)初愛因斯坦的大腦被冰凍,有沒(méi)有可能成功喚醒這位天才?坦白講,難度很大。該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的研究人員也承認(rèn),MEDY低溫保存技術(shù)可以維持腦類器官的細(xì)胞多樣性、功能結(jié)構(gòu)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng),但很難在冷凍后保留神經(jīng)類器官的相同發(fā)育階段,對(duì)腦組織的保護(hù)可能有限,可能更適合保護(hù)腦組織的病理特征和一些神經(jīng)元的存活。如此看來(lái),讓解凍后的大腦恢復(fù)如初,甚至具有主觀意識(shí)活動(dòng),這個(gè)科學(xué)難題更是無(wú)法證實(shí)。
02 從冰凍大腦到冰凍人,人類永生有多遠(yuǎn)?
從古至今,人類追求永生的愿望從未停歇。傳言,古埃及人制作木乃伊是為了他們?cè)趯?lái)的某個(gè)神秘時(shí)候重新復(fù)活,開啟來(lái)世之旅。而冰凍大腦和人體發(fā)展至今,同樣是為了人類所期望的終極目標(biāo)——長(zhǎng)生不老。
而通過(guò)冰凍實(shí)現(xiàn)永生的暢想,最早始于20世紀(jì)中期。
1949年,英國(guó)生物學(xué)家波爾熱(C. Polge)和史密斯(A. U. Smith)偶然發(fā)現(xiàn)精子在甘油溶液中可以經(jīng)歷低溫冷凍而不死亡,使低溫保存作為低溫生物學(xué)的一個(gè)重要研究方向登上歷史舞臺(tái)。按照阿倫尼烏斯公式(Arrhenius equation)估算溫度對(duì)生化反應(yīng)速度的影響,若一生物體在4℃下能存活2小時(shí),則其在-40℃下可保存數(shù)日,-80℃下可保存數(shù)月,-196℃下甚至可以保存幾個(gè)世紀(jì)。
1962年,物理學(xué)講師羅伯特·埃廷格在《永生的前景》一書中提出了人體冷凍的概念。羅伯特博士認(rèn)為人類也和這些生物一樣,具有“冷凍復(fù)活”的潛力?!八劳鍪且粋€(gè)漸進(jìn)的過(guò)程,如果身體被凍得足夠快,死亡是可以逆轉(zhuǎn)的?!?/p>
他還在書中寫道:“我猜,我們中的大多數(shù)將來(lái)會(huì)被用無(wú)損的方式冷凍起來(lái)?!?011年,他去世后,成為他自己創(chuàng)立的阿爾科冷凍研究所的第106個(gè)冷凍人。
實(shí)際上,在羅伯特·埃廷格提出這個(gè)概念之后,美國(guó)和其它國(guó)家掀起了人體冷凍運(yùn)動(dòng),出現(xiàn)了包括紐約冷凍技術(shù)協(xié)會(huì)、加州人體冷凍協(xié)會(huì)等機(jī)構(gòu)。但當(dāng)時(shí),羅伯特只是一個(gè)未來(lái)概念,沒(méi)想到真的有人愿意做第一個(gè)吃螃蟹的人。
詹姆斯·海勒姆·貝德福德是前加州大學(xué)伯克利分校心理學(xué)的一名教授,生前沉迷研究冷凍技術(shù)。1965年,身患癌癥的貝德福德得知自己時(shí)日不多,立下遺囑說(shuō)明:自己愿意接受人體冷凍的實(shí)驗(yàn)。于是,貝德福德死后就被立即冷凍,且將血液抽走,灌注了冷凍保護(hù)液,成為了全世界第一個(gè)被實(shí)施“人體冷凍”術(shù)的人。
貝德福德原定2017年解凍,但家人選擇再等50年,所以至今仍在冷凍中。而負(fù)責(zé)管理貝德福德的機(jī)構(gòu)是美國(guó)“阿爾科生命延續(xù)基金會(huì)”Alcor。它是全球范圍內(nèi)屈指可數(shù)的一家人體冷凍公司,成立于1972年,因重慶女作家杜虹在阿爾科冷凍大腦曾一度在國(guó)內(nèi)引起轟動(dòng)。
時(shí)至今日,全球范圍仍有不少人嘗試“人體冷凍”?!都~約時(shí)報(bào)》報(bào)道,截至2021年全世界大約有500人被儲(chǔ)存在冷凍艙中。但背后主要是四家人體冷凍公司在運(yùn)作:除了上述的阿爾科(Alcor),便剩下美國(guó)的人體冷凍研究所(Cryonice Institute)、俄羅斯的KrioRus和中國(guó)的山東銀豐生命科學(xué)研究院。
但不同公司的冰凍技術(shù)也有差異。與阿爾科(Alcor)略有不同,美國(guó)冷凍機(jī)構(gòu) CI 使用的防凍劑名為CI-VM-1防凍劑,這是一種玻璃化溶液混合物,濃度為 70%。冰凍人體時(shí),該溶液被放在冰箱至冰點(diǎn)以下,然后在人體的鎖骨插入插管,順著頸動(dòng)脈進(jìn)入心臟和大腦從而實(shí)現(xiàn)全身灌注。
而俄羅斯的KrioRus采用氣體路線,將一種混合惰性氣體注入人體后,開始降低溫度,讓細(xì)胞就會(huì)變成果凍狀物質(zhì),這種方式也可以避免形成結(jié)晶。此外,俄羅斯人體冷凍技術(shù)公司KrioRus還曾透露,用于深空飛行的“人體冷凍術(shù)”2032年可能面世。宇航員經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的“冬眠”后在太空艙“覺醒”,這種科幻片中的橋段也將成為現(xiàn)實(shí)?
山東銀豐生命科學(xué)研究院是中國(guó)唯一的人體冷凍研究中心,曾在2017年完成了中國(guó)本土第一例“冷凍人”展文蓮的手術(shù)。目前,展文蓮等“冰凍人”以頭朝下的姿態(tài)放置在一個(gè)容積2000升、高約4米的不銹鋼液氮罐內(nèi),里面溫度為零下196℃。在這之后,科研人員每天都來(lái)監(jiān)測(cè)罐內(nèi)的液位、內(nèi)外溫度以及罐體不同點(diǎn)的溫度,每隔10-15天,會(huì)向罐內(nèi)補(bǔ)充液氮。
雖然,目前四大機(jī)構(gòu)都沒(méi)有成功喚醒人類,但他們收取的手術(shù)費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用,相當(dāng)不菲。譬如,“阿爾科生命延續(xù)公司”冷凍全身需要20萬(wàn)美元+每年的維持費(fèi)用,冷凍大腦也需要8萬(wàn)美元+每年的維持費(fèi)用;要在 CI 進(jìn)行全身人體冷凍服務(wù)及貯存,終身會(huì)員的收費(fèi)為2.8萬(wàn)美元,非終身會(huì)員則為3.5萬(wàn)美元。另外,隨時(shí)候命及運(yùn)輸服務(wù)的收費(fèi)為8.8萬(wàn)美元至9.5萬(wàn)美元。
要在銀豐研究院完成冰凍人體手術(shù)的費(fèi)用構(gòu)成:液氮罐,40萬(wàn);程序降溫設(shè)備,40萬(wàn);體外循環(huán)機(jī),100萬(wàn);呼吸機(jī),七八萬(wàn);冷凍保護(hù)劑的費(fèi)用二三十萬(wàn),這還不包括專家費(fèi)用,救護(hù)車費(fèi)用等等。此外,人體進(jìn)入低溫保存狀態(tài)后補(bǔ)充液氮,這項(xiàng)費(fèi)用大約為每年5萬(wàn)元。
用時(shí)間和金錢,真的能換一個(gè)長(zhǎng)生不老的未來(lái)嗎?目前,任何一家研究機(jī)構(gòu)都不能給出明確的回答??梢钥吹?,全世界的冰凍人體和冰凍人腦案例,至今尚且沒(méi)有復(fù)蘇成功的案例。更有不少“冰凍人”,因?yàn)閮?chǔ)存公司破產(chǎn)而遺體解凍、腐爛……
冰凍不僅代表著無(wú)生命轟動(dòng)的靜止,也預(yù)示著暫停。當(dāng)生命按下暫停鍵,“冰凍人”一直在等待被輕輕喚醒的一天。因此,總是有人愿意相信那個(gè)未來(lái),那個(gè)冰凍人張開雙眼的未來(lái)。
坦白說(shuō),他們的相信有一定科學(xué)依據(jù)?,F(xiàn)代超低溫生物學(xué)發(fā)現(xiàn),人體細(xì)胞分裂的平均周期是2.4年,分裂50次就會(huì)壽終正寢。如果細(xì)胞分裂二十次的時(shí)候,放在-196℃超低溫下細(xì)胞的一切生命活動(dòng)就會(huì)停止??僧?dāng)恢復(fù)常溫后,細(xì)胞還能繼續(xù)剩下的分裂。這也正是冰凍人的科學(xué)依據(jù)。
同時(shí),越來(lái)越多生物或生命體被冰凍數(shù)年后復(fù)蘇的案例也帶來(lái)了希望——美國(guó)全國(guó)廣播公司報(bào)道,2020年,一顆被冷凍了27年的胚胎被人“領(lǐng)養(yǎng)”后發(fā)育成正常的新生兒。這意味著只要胚胎在液氮中保存得當(dāng),理論上可以無(wú)限期具有活性。
同時(shí),2023年發(fā)表在《公共科學(xué)圖書館:遺傳學(xué)》上的論文表明,研究人員復(fù)蘇了數(shù)條深埋在西伯利亞凍土層中、處于“隱生”(cryptobiosis)狀態(tài)下的年齡約為4.6萬(wàn)歲的線蟲。未來(lái),仿生型低溫保存技術(shù)或許成為今后突破人體低溫保存技術(shù)瓶頸的方向之一。
但冰凍人體的研究仍是人類的無(wú)人區(qū)?;蛟S只有到了冰凍人“睜開”雙眼的那一刻,“冰凍復(fù)活”的質(zhì)疑可能才會(huì)停止??墒?,這又將需要等待多久?沒(méi)人能說(shuō)清未來(lái)會(huì)怎樣。
References
1.Cell:Effective cryopreservation of human brain tissue and neural organoids
2.《自然》:低溫保存技術(shù)復(fù)雜,當(dāng)前技術(shù)無(wú)法使人體恢復(fù)如初 來(lái)源:自然雜志,作者:竇蒙家、張明寬、饒偉、劉靜
3.愛因斯坦的大腦被切成了240塊 來(lái)源:國(guó)家地理中文網(wǎng)
4.中國(guó)首例本土人體冷凍已完成,“復(fù)活”離我們還有多遠(yuǎn)?來(lái)源:上觀新聞
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