冷冻人:复活还只是梦想

来源:新华社   2017-08-27 11:44:48 责任编辑:熊彦

 

  近日,我国本土首例人体冷冻在山东完成。49岁的癌症患者展文莲在医院离世后,被送往20公里外的山东银丰生命科学院,保存到零下196℃的液态氮中,等待未来某一天的“复活”。

  这个颇具科幻色彩的新闻激发了很多读者的兴趣,人们不禁要问:冷冻人真的能复活吗?

  冷冻,让时光凝固

  当外界温度低至一定程度时,肌体细胞处于“生命机会停顿”状态。理论上讲,一个生物如果能在4℃环境下存活2小时,在零下196℃下可望保存几个世纪

  “现在的人体冻存还不是一个严格意义上的科学项目,世界范围内尚没有一个冷冻人复苏成功的案例。”接受《经济日报》记者采访时,中科院理化技术研究所研究员、清华大学教授、低温生物医学工程学北京市重点实验室主任刘静说,科学项目要做到可测试、可重复,人体冷冻显然还不在其列。“与其说它是科学,不如说它目前还只是人类的一个美好梦想。”

  不过,曾经有一句电影台词说得好:人如果没有梦想,和咸鱼有什么区别?

  人体冻存复苏虽然是一种梦想,但就更广泛范围而言,低温冷冻保存技术却是一种可以“凝固时光”的技术。低温环境可以使活体组织的代谢活动能力显著降低。当外界温度低至一定程度时,肌体细胞既不会衰老,也不会退化,处于“生命机会停顿”状态,因而使生命得以永恒封存。

  理论上讲,一个生物如果能在4℃环境下存活2小时,那就能在零下40℃下保存数日,在零下80℃下保存数月,在零下196℃下可望保存几个世纪!

  刘静介绍,借助现代低温冷冻保存技术,人类已经可以长期保存精子、卵子及胚胎。尤其是近30年来,利用低温冷冻保存技术,人类成功地实现了对绝大多数细胞,如成纤维细胞、脂肪细胞、肿瘤细胞、干细胞等的保存。

  在该技术中,液氮是细胞冻存过程中最常用的超低温制冷剂,在零下196℃中,细胞能够长期被保存。这或许也是展文莲被保存到液氮中的原因。

  然而,量变引起质变。越简单的细胞,冻存和复苏越容易,越复杂的组织则越难。

  比如冻存女性卵母细胞的冷冻卵子技术,冻存后的细胞复苏成功率低于50%。刘静表示,这主要是因为卵母细胞尺寸远大于其他普通细胞。

  而对于体积再大一些的组织或器官,却只能低温短期保存,而不能像细胞那样放进液氮中长期冻存。“细胞保存几万年没问题。器官现在只能4℃左右低温保存,没有冻起来,冻起来会破坏组织活性,不能用于移植了。”刘静解释说,原因在于体积较大的组织或器官,冷却液很难快速均匀地导入其内部,降温或升温时可能因其内外温差导致的应力,造成撕裂性创伤;同时,冻存组织的细胞和细胞之间容易形成冰晶,在冷冻和复苏过程中,这些冰晶都会对组织造成不可逆的机械性损伤。

  关于冰晶的伤害,有一个更通俗的比喻。据BBC报道,低温生物学家高大勇曾说过,冻存人体在复苏升温过程中,随时可能像玻璃一样碎掉。

  所以,目前现代低温保存技术只在皮肤、角膜、肝脏、肾脏等复杂组织和器官的短期保存上取得进展,并在器官移植手术中得到应用。稍微复杂一些的组织和器官都不能在真正冻存后保持生物活性,更不用说整个人体的冻存复苏了。

  复苏,还从未成功

  科学家没有停止过对冻存生物的复苏实验,但以目前的技术水平,人体放在液氮里再复活几乎不可能成功

  那么,用冷冻技术延长人类寿命的梦想就这样失败了吗?

  “其实我们可以换个思维方向,比如说,冻死癌细胞!”刘静向记者介绍,在人类与肿瘤抗争的过程中,超低温冷冻消融手术具有麻醉镇痛、止血及减少出血、能防止肿瘤扩散等优点,且副作用远低于放疗和化疗,赢得“绿色疗法”之誉。他的研究团队从17年前就开始进行这个方向的研究。今年该团队与北京一家医疗器械公司共同研制的创新医疗器械“低温冷冻手术系统”和“一次性使用无菌冷冻消融针”,已通过国家食品药品监督管理总局审批,被批准上市,产品授权使用范围为“临床中除空腔肿瘤外的实体肿瘤冷冻治疗”。

  当然,科学家是最喜欢挑战梦想的人群。虽然冻死癌细胞比复苏冻存人体容易得多,他们也没有停止过对冻存生物的复苏实验。

  1971年曾有报道称,科学家采用液氮长时间保存舌蝇和白蛉并获得成功。但此后的案例十分少见。

  在2007年发表的一篇论文中,刘静团队对黑背蚂蚁进行了零下10℃以下的冷冻复活研究。研究结果显示,将经过长期喂养糖类抗冻剂的黑背蚂蚁装入广口瓶放置在零下20℃环境中48个小时,广口瓶中最终最低温度为零下18℃,534只蚂蚁中,仅有7只复活,复活率为1.31%;而不作抗冻处理的蚂蚁,冷冻之后无一幸免,全数死亡;至于他们尝试过的其他更大个体动物如小鼠的冷冻复活,则从未成功过,也就无从发表研究报告。

  刘静的同事、中科院理化技术研究所研究员饶伟做过金鱼的冷冻复苏实验。

  饶伟曾把一条活蹦乱跳的金鱼浸没在零下196℃的液氮里,很快它就“凝固”了。如果在一分钟之内把这条冻住的金鱼放进温水里,冰融化后,金鱼又能活过来游动。但如果时间长过几分钟,金鱼就再也不能复苏了。

  研究发现,这不是真正的冻存。在液氮造成的低温环境中,金鱼体表的水瞬间结冰,但金鱼内部的心脏等要害器官并未结冰。所以短时间内,金鱼可以复苏。但如果冰冻时间略长,要害器官也结冰了,金鱼就真冻死了。

  黑背蚂蚁是远比人类低等和微小的生物,冻存温度又远比液氮温度高,冻存时间仅两天,复活率还是“百里挑一”。

  金鱼也是远比人类低等的生物,然而其在液氮中的冷冻复苏仅能维持“分钟级”,并非真正的“冻结”,距离人类需要的“凝固时光”技能点也相差太远!

  可以想见,以目前的技术水平,人体放在液氮里再复活几乎不可能成功。

  仿生,向自然学习

  专家表示,效法自然,发展仿生型低温保存技术,将成为今后突破传统技术瓶颈最有前景的方向之一

  当遇到人力难以解决的科学问题时,科学家们往往会请教大自然这个最伟大的老师。冷冻复苏的课题也是如此。

  刘静表示,虽然现有的低温技术对于复杂组织、器官乃至生命个体的长期冻存仍无能为力,但借鉴冬眠动物天然的耐寒机理,人类也有望建立起崭新的生物材料低温冻存技术,科学家曾就此发表文章探讨过此方面的可能途径。“效法自然,发展仿生型低温保存技术,将成为今后突破传统技术瓶颈最有前景的方向之一。”

  地球上的温带和寒带动物,每年都要经受冬季低温天气的威胁。按照体内是否形成冰晶,动物的耐寒机制可以分为耐受结冰性和非耐受结冰性两类。前者在低温下体内虽然形成冰晶,但能忍受并在低温下生存;后者则是体内并无冰晶形成,只是保持一定的过冷度,并由此避免低温损伤。

  国外曾有科学家使用低温电子显微镜直接观察生物体结冰后的状态,还引入磁共振成像实现了动态实时观察动物体内结冰过程。他们发现,耐受结冰的蛙类,自身会产生大量抗冻剂,大量聚集在肝脏、大脑等重要部位,使这些部位延迟结冰;肝脏和大脑在冷冻过程中还会由于脱水引起体积减小现象;它的冷冻过程也与融化过程截然不同,结冰过程是从外部开始向内部推进,逐渐结冰固化,而融化过程则相对快速而均一,整个生物体几乎同时开始融化,避免了从外到内的融化模式所带来的局部缺氧坏死问题。

  通过这类研究,科学家们总结过这些耐受结冰性动物成功存活必须满足的4个条件:一是冰晶必须只局限于细胞外部,且冰晶引起的损伤应尽量达到最小;二是冷冻速率必须足够慢,以维持细胞渗透压在一定范围内,保证有足够时间进行细胞内外离子和溶质的重新分布,并允许细胞膜在一定范围内收缩;三是细胞的容积缩小和脱水程度不能超过最大的损伤范围;四是细胞必须能够在长时间被胞外冰晶包围所引起的局部缺血环境中生存。

  “也就是说,动物的耐寒性与低温程度、低温暴露时间和降温速度有关。”刘静说,动物的抗寒机理研究其实已经出现很多成果。人们发现了甘油、葡萄糖等小分子抗冻物质,从而研制出一批类似功能的低温保护剂;还从鱼类、昆虫等动物体内分离纯化了几十种抗冻蛋白,用于低温保存的研究;并研究了冰核细菌等可以使生物体液在较高的亚低温下结冰而避免形成致命冰晶的冰核剂,现在已将冰核细菌用于促冻杀灭害虫或食品加工。

  其实,人类对于如何实现长生已有很多梦想,冷冻人复活只是其中之一。这些梦想现在看起来距离科学实现还有些遥远,然而在追寻梦想的过程中,人类的科技水平也在不断进步。大自然已然清晰无误地告诉人类,动物冷冻复活早已存在,人工实现此类复活是可能的,但揭开其中的秘密却还需要时间和人类的智慧。未来,将有无限可能!(记者 佘惠敏)

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