文|經(jīng)緯創(chuàng)投
很多人都會好奇，天才的大腦究竟長什么樣？
愛因斯坦的大腦就是因為這樣的“理由”被無奈解剖。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。但一個震驚世界的事件發(fā)生了——1955年，愛因斯坦與世長辭，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韌的形態(tài)）。現(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，愛因斯坦的大腦沒有被切片研究，如今我們可以復(fù)活他嗎？如果當(dāng)時大腦是被冰凍起來的，未來科技可以讓愛因斯坦恢復(fù)意識和聰明才智嗎？或許有這樣的機(jī)會。
不久前，復(fù)旦大學(xué)邵志成博士團(tuán)隊成功將冷凍了18個月的大腦復(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，冷凍人腦如何能實現(xiàn)大腦的組織復(fù)活？復(fù)活后的大腦，學(xué)過的知識和曾經(jīng)的記憶也會完好保存下來嗎？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，鮮肉或者水果凍過再解凍會變軟，人腦或類人腦組織也會遇到這樣的問題。
因為細(xì)胞中含有大量水分，一旦被凍，水的體積會膨脹，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，這是因為膠質(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%，對低溫?fù)p傷很敏感，傳統(tǒng)技術(shù)無法保存大多數(shù)功能性神經(jīng)元。
因此，復(fù)旦大學(xué)團(tuán)隊在實驗過程中，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小時后再解凍，監(jiān)測其生長和細(xì)胞死亡情況。
MEDY對皮質(zhì)類器官功能結(jié)構(gòu)的保護(hù)
最終，研究團(tuán)隊發(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、生長得更多，這種藥劑被命名為“MEDY”。隨后，研究團(tuán)隊不斷延長冷凍時間，發(fā)現(xiàn)大腦類器官最長的冰凍時間達(dá)到了18個月，腦器官解凍后依然有活力。
講完了冰凍過程，要說下如何解凍“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)實驗需求，對解凍后的樣本進(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，腦組織在實驗室培養(yǎng)物中存活了兩個星期，仍然保持著活躍狀態(tài)。
癲癇兒童來源的皮質(zhì)類器官和活腦組織的保存情況
為了驗證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)過約20秒的刺激后，可以在MEDY冷凍保存的類器官中檢測到強(qiáng)烈的鈣活動。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，有沒有可能成功喚醒這位天才？坦白講，難度很大。該項實驗的研究人員也承認(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，但很難在冷凍后保留神經(jīng)類器官的相同發(fā)育階段，對腦組織的保護(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，讓解凍后的大腦恢復(fù)如初，甚至具有主觀意識活動，這個科學(xué)難題更是無法證實。
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在將來的某個神秘時候重新復(fù)活，開啟來世之旅。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)——長生不老。
而通過冰凍實現(xiàn)永生的暢想，最早始于20世紀(jì)中期。
1949年，英國生物學(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)的一個重要研究方向登上歷史舞臺。按照阿倫尼烏斯公式（Arrhenius equation）估算溫度對生化反應(yīng)速度的影響，若一生物體在4℃下能存活2小時，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€漸進(jìn)的過程，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)將來會被用無損的方式冷凍起來?！?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個冷凍人。
實際上，在羅伯特·埃廷格提出這個概念之后，美國和其它國家掀起了人體冷凍運(yùn)動，出現(xiàn)了包括紐約冷凍技術(shù)協(xié)會、加州人體冷凍協(xié)會等機(jī)構(gòu)。但當(dāng)時，羅伯特只是一個未來概念，沒想到真的有人愿意做第一個吃螃蟹的人。
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日不多，立下遺囑說明：自己愿意接受人體冷凍的實驗。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被實施“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“阿爾科生命延續(xù)基金會”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內(nèi)引起轟動。
時至今日，全球范圍仍有不少人嘗試“人體冷凍”。《紐約時報》報道，截至2021年全世界大約有500人被儲存在冷凍艙中。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），便剩下美國的人體冷凍研究所（Cryonice Institute）、俄羅斯的KrioRus和中國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，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，順著頸動脈進(jìn)入心臟和大腦從而實現(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)過漫長的“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？
山東銀豐生命科學(xué)研究院是中國唯一的人體冷凍研究中心，曾在2017年完成了中國本土第一例“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，科研人員每天都來監(jiān)測罐內(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，會向罐內(nèi)補(bǔ)充液氮。
雖然，目前四大機(jī)構(gòu)都沒有成功喚醒人類，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20萬美元+每年的維持費(fèi)用，冷凍大腦也需要8萬美元+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，終身會員的收費(fèi)為2.8萬美元，非終身會員則為3.5萬美元。另外，隨時候命及運(yùn)輸服務(wù)的收費(fèi)為8.8萬美元至9.5萬美元。
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；程序降溫設(shè)備，40萬；體外循環(huán)機(jī)，100萬；呼吸機(jī)，七八萬；冷凍保護(hù)劑的費(fèi)用二三十萬，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，這項費(fèi)用大約為每年5萬元。
用時間和金錢，真的能換一個長生不老的未來嗎？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，至今尚且沒有復(fù)蘇成功的案例。更有不少“冰凍人”，因為儲存公司破產(chǎn)而遺體解凍、腐爛……
冰凍不僅代表著無生命轟動的靜止，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未來，那個冰凍人張開雙眼的未來。
坦白說，他們的相信有一定科學(xué)依據(jù)。現(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次就會壽終正寢。如果細(xì)胞分裂二十次的時候，放在-196℃超低溫下細(xì)胞的一切生命活動就會停止?？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，越來越多生物或生命體被冰凍數(shù)年后復(fù)蘇的案例也帶來了希望——美國全國廣播公司報道，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)，理論上可以無限期具有活性。
同時，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4.6萬歲的線蟲。未來，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)疑可能才會停止。可是，這又將需要等待多久？沒人能說清未來會怎樣。
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)無法使人體恢復(fù)如初 來源：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 來源：國家地理中文網(wǎng)
4.中國首例本土人體冷凍已完成，“復(fù)活”離我們還有多遠(yuǎn)？來源：上觀新聞
5.-196°C休眠百年，深度揭秘“人體冷凍術(shù)” 來源：DeepTech深科技
6.復(fù)旦團(tuán)隊重大突破登Cell，破紀(jì)錄復(fù)活「冰封」18個月人腦！三體云天明計劃成真？來源：新智元
7.中國首例本土人體冷凍今年5月完成 每年補(bǔ)充液氮需5萬元 來源：科技日報