Nature, PNAS重磅报道！德国黑科技首次复苏冷冻小鼠大脑，冷冻人复苏或将成现实？

在科幻作品中，“低温冷冻的时间旅行者”是一个非常经典的设定：人的身体被深度冷冻，进入某种“暂停状态”，多年甚至数百年后被解冻，再次醒来时，思维清晰、记忆完整、身体机能正常。

然而，现实中的科学远没走到这一步。要完全恢复大脑正常工作所需的一整套过程，比如神经元放电、细胞代谢以及脑可塑性（如学习和记忆相关的改变）一直没有做到。

现在，德国的一个研究团队首次展示了一种方法，能够在小鼠大脑经过冷冻和解冻之后，保留部分关键脑功能。这项研究于 3 月 3 日发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）。

论文详细介绍了他们采用的一种名为“玻璃化”（vitrification）的技术，使脑组织在类似玻璃的状态下被保存，并配合一套尽量保护活体组织的解冻流程。

nature杂志也在今日对此项研究作了详细报道：

德国埃尔朗根－纽伦堡大学神经学家、论文第一作者 Alexander German 提出了一个发人深省的问题：

“如果大脑功能是一种由其物理结构涌现出来的属性，那么当一切彻底停摆后，我们该如何让它重新恢复？”

他表示，这项成果隐约指向了未来一些可能性：

• 在疾病或严重损伤时更好地保护大脑；

• 建立器官银行；

• 甚至探索哺 乳动物的全身低温保存。

大脑之所以很难在冷冻后完全恢复，最主要的原因，是冰晶形成带来的损伤。

在冷冻过程中，水分结成冰晶，这些冰晶会：

• 挤压或刺穿脑组织精细的纳米结构；

• 破坏神经元和突触之间微妙的连接；

• 从而干扰关键的细胞过程。

German 补充说：“除了冰晶，我们还必须考虑其他几个因素，包括渗透压应激，以及冷冻保护剂本身带来的毒性。”

为应对这些问题，German 和同事转而采用一种无冰晶的低温保存方法——玻璃化（vitrification）。

所谓玻璃化，是指以足够快的速度冷却液体，使其中的分子来不及排列成规则的冰晶结构，而是被“锁定”在一种杂乱、无序、类似玻璃的固态中。

从“脑片”开始的尝试

研究人员先在小鼠大脑切片上做实验。切片大约 350 微米厚，里面包含和记忆、空间导航相关的海马体。

他们先把脑片泡在含有冷冻保护剂的溶液里做预处理，然后用 −196 ℃ 的液氮迅速降温，让脑片进入类似玻璃的状态，再在 −150 ℃ 的低温下保存 10 分钟到 7 天不等。之后，用温热溶液给脑片复温，并慢慢去掉冷冻保护剂。

解冻后，检测结果显示：在显微镜下，神经元和突触结构还比较完整，线粒体功能正常，细胞代谢没有明显受损；电生理记录也表明，虽然和没冷冻过的对照组相比有些差别，但神经元对电刺激的反应大体上还是正常的。

更重要的是，海马体神经通路仍然表现出突触增强（long-term potentiation，LTP）。这是一种与学习和记忆密切相关的神经可塑性现象，被认为是形成记忆的基础机制之一。

不过，由于这类脑片在体外环境中本身会逐渐降解，观察时间只能维持几个小时。

整颗小鼠大脑的玻璃化尝试

在脑片实验取得初步成功后，团队将这一方法扩大应用到整颗小鼠大脑上。在解冻之后，研究人员从这些大脑中再次切取海马体切片，并进行电生理记录。结果显示：

• 神经通路仍然存在并可以被激活；

• 包括与记忆相关的海马体通路在内，这些神经通路依旧能够产生长期增强（LTP）。

这意味着，在整颗大脑被冷冻和复温之后，部分与记忆相关的神经网络结构和功能仍被保留下来。

需要强调的是，这些记录都是在解剖后的脑切片上完成的，并没有让小鼠“复苏”并进行行为学测试。因此，研究人员无法判断：

冷冻前小鼠大脑中已经形成的具体记忆，是否在低温保存后仍然存在。

换句话说，目前可以确认的是“解冻后神经网络还能工作”，但离“冷冻前学过什么、解冻后还能记得”这一步，还有非常遥远的距离。

仍然属于科幻，但方向已现

German 和他的团队正在把这项技术从小鼠大脑，扩展到人类脑组织上。他说：“我们已经在人体大脑皮层组织上得到了显示其仍具活性的初步数据。”团队也在探索，玻璃化技术是否能用于整器官的低温保存，尤其是心脏。

不过，Kothari 指出，目前在整脑冷冻方案上的成功率并不高，而且这些结果未必能直接应用到更大的人体器官上，因为还会遇到更多工程难题。

German 补充道，要想真正把这些原理应用到大型人体器官上，“仍然需要更好的玻璃化溶液，以及更先进的降温和复温技术。”

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