看過《三體》小說的朋友也許還記得其中一顆冷凍的人類大腦被送往宇宙后被復蘇，甚至克隆出完整軀體的情節。 最近，復旦大學腦科學轉化研究院邵志成博士帶領的研究團隊在《Cell Reports Methods》雜志上，發表了一項低溫保存腦組織的新技術，成功復活了冷凍長達18個月的腦細胞。小說里的技術在現實中就要實現了嗎？
正常情況下，人體細胞時刻都在進行代謝和更新。催化各種生物化學反應的酶大多在接近正常體溫的環境下活性最強。因此當溫度降低，細胞的生命活動就會變得遲緩。在極低溫度下，例如約零下196°C的液氮中，細胞的代謝和死亡過程幾乎完全暫停，狀態得以保留。低溫保存技術對輔助生殖，器官移植，疾病研究，藥物開發等都有重要意義。
創造低溫環境很容易，但冷凍和解凍過程會對細胞造成致命的損傷。
細胞中含有大量水分，一旦被凍結，水的體積會膨脹，并形成尖銳的冰晶，把細胞“撐破”。日常生活中，凍過的肉和水果總是軟塌塌的，正是因為細胞被冰晶破壞的緣故。
因此冷凍時要用到一類叫冷凍保護劑的物質，常見有甘油、蔗糖、二甲基亞砜等。它們的凝固點比較低，冷凍前用他們置換出細胞內的水分，能減少冰晶的形成。生殖細胞的結構和功能相對簡單，含水量較低，目前冷凍保存精子和卵子的技術已經相對成熟。
具有病理特征的活體人腦組織是研究神經疾病的可靠模型。但樣本獲取并不容易，冷凍保存效果也不理想。腦細胞含水量高達80%，對低溫損傷很敏感，而且腦組織功能結構復雜，傳統技術無法保存大多數功能性神經元。
研究人員嘗試用胚胎干細胞分化而成的“類腦器官”進行研究。這些類腦器官直徑只有幾毫米，但能發育出與人腦相似的多種細胞類型和三維結構。然而，長期培養類腦器官的成本高昂，限制了其應用?；谏鲜鲈?，目前藥物測試等仍主要使用動物模型，這也導致了90%以上的候選新藥在臨床試驗中失敗。因此，建立能有效冷凍保存類腦器官以及真人腦組織的技術非常必要。
復旦大學的研究團隊將9種低溫保護物質作為備選，對皮質類腦器官進行冷凍保護。通過多次實驗，他們發現以二甲基亞砜、甲基纖維素、乙二醇和一種細胞凋亡抵抗劑（Y27632）為主的組合效果最佳，并將這種新型保護劑命名為“MEDY”。
對培養期從28天到100多天的皮質類腦器官，MEDY在細胞結構和神經元生長活性方面實現了良好的保護效果。對于冷凍保存長達18個月的類腦器官，神經元和具有增殖能力的祖細胞也得到了理想的保存，解凍后的增殖活性接近未冷凍的細胞。MEDY同樣適用于脊髓類腦器官等其他腦區的類腦器官，這對脊髓損傷等的后續神經移植治療也有應用潛力。此外，研究人員還從一名9個月大的癲癇患兒的腦組織中采集了直徑約3毫米的樣本進行測試，結果顯示，該腦組織在解凍后結構完整，并在培養基中保持了兩周的活性。
從類腦器官到真實病人的腦組織，MEDY顯示了良好的通用性。冷凍保存的模型可以更好地用于神經疾病的研究、藥物篩選，推進再生醫學領域使用神經類腦器官的臨床治療。 目前的成果仍然基于數毫米的微型組織，未來還需要對更多種類和更大體積樣本進行深入研究。雖然距離科幻場景中冷凍整個大腦甚至完整人體的目標還有很長的路要走，但這無疑是我們向前邁出的重要一步。
本文為科普中國·創作培育計劃扶持作品
作者：徐斯佳
審核：李翀
出品：中國科協科普部
監制：中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司
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