技術(shù)突破帶來人類“復活”曙光

袁斯來

睡美人是家喻戶曉的童話故事，美麗的女孩沉睡一百年后，被王子喚醒，模樣依舊。這大概是人類關(guān)于 “冬眠”最浪漫的版本。在科幻小說《三體》里，得了白血病的人也可以選擇“冬眠”，待幾百年后的醫(yī)療技術(shù)可以治愈這種疾病時，患者再“醒來”，獲得第二次生命。

而冷凍是人類認為能讓自己“冬眠”的一個最自然的技術(shù)選擇。最近，美國明尼蘇達大學的科學家成功復活了冷凍的斑馬魚胚胎并培育成功，這也讓“人體冬眠”技術(shù)有了新的進展。

人類由來已久的夢想

事實上，早在1967年就出現(xiàn)了全球第一例人體冷藏案例，后來由美國非營利性機構(gòu)阿爾科（Alcor）生命延續(xù)基金會負責保存。這家機構(gòu)創(chuàng)立于1972年，專門提供人體低溫保存，是美國最大的人體冷凍服務提供者。目前，它已實施了152例人體低溫貯藏，其中包括《三體》的編審之一、重慶女作家杜虹。

除了阿爾科，其他機構(gòu)和公司也提供類似的“冬眠”技術(shù)。俄羅斯公司KrioRus腦神經(jīng)冷藏服務的費用是1萬美元。美國第二大提供人體冷凍服務的供應商“人體冷凍機構(gòu)”（Cryonics Institute）全身冷藏的服務價格是2.8萬美元，最昂貴的是阿爾科生命延續(xù)基金會的全身冷藏服務，費用為20萬美元。

然而幾十年來，還沒有一例冷藏保存的人體，甚至一個人體器官“蘇醒”過來?！叭梭w冬眠”技術(shù)仍然處于萌芽期。首個嘗試者的身體現(xiàn)在依然保存在阿爾科的一個液氮罐子里。

人體組織70%以上是水分，而水在結(jié)冰時體積會膨脹，把人體細胞一個個脹破。其結(jié)果是，人會就此“徹底地死去”?；谶@個簡單的道理，“人體冬眠”技術(shù)首先需要解決的是細胞“脹破”的問題。根據(jù)阿爾科的官網(wǎng)介紹，關(guān)鍵步驟是灌注和冷藏。他們會從主動脈往人體內(nèi)注入冷凍保護液，替換血液。它們包裹著細胞，防止冷凍時形成冰晶并膨脹。

實際上，人體低溫保存并不是把人凍成冰塊，而是讓組織成為玻璃狀，這樣相對穩(wěn)定，細胞也不會結(jié)冰。整個結(jié)晶過程需要零下124攝氏度的低溫。最后則是把人儲藏在一個兩米高的不銹鋼杜瓦罐中，里面注滿了零下196攝氏度的液態(tài)氮。

阿爾科基金冷凍的是臨床上已經(jīng)去世的人，早已沒了生命體征，相當于換個地方低溫貯藏“遺體”。這些“遺體”在等待未來“起死回生”的機會。但更具意義的“冬眠”是要把還活著的大型生物體冷凍起來，在需要時再解凍蘇醒。不過目前這還是一件完全不可能實現(xiàn)的事。

“這項技術(shù)從20世紀40年代就開始在研究了，但是直到近十年我們才能低溫保存毫米級別的樣本。因為水在人體中占據(jù)主要的位置，這也讓大樣本的結(jié)晶更加困難?！泵髂崽K達大學生物傳熱傳質(zhì)實驗室（Bioheat and Mass Transfer Lab）的研究員Kanav Khosla說：“低溫冷凍人體細胞和胚胎是可能的，但是組織、器官和整個人體的冷凍目前是不可能的?！?/p>

突破帶來新曙光

Khosla所在的這個實驗室已經(jīng)成功復活了冷凍的斑馬魚胚胎。而復活毫米級別的胚胎，最難攻克的還是結(jié)晶的問題。

斑馬魚和人類可以說關(guān)系匪淺，它和人類基因有87%的同源性，所以在以往白血病、胰腺癌的醫(yī)學研究中，常常使用斑馬魚作為模擬生物。

斑馬魚的個頭雖然小，卻有個很大的胚胎。尺寸已經(jīng)達到了1毫米，是人類胚胎尺寸的10倍，是實驗鼠胚胎尺寸的1000倍。如果這樣體量的冷凍胚胎都能“升溫”復活，其他的魚類、脊椎動物，甚至人類胚胎的實驗，自然也有更大的成功希望。

問題在于，這種尺寸達1毫米的斑馬魚胚胎，對科學家來說實在是太大了，構(gòu)造也過于復雜。要保證這個脆弱的胚胎在“大換血”后，經(jīng)歷了從零下100多攝氏度的低溫到20多攝氏度的室溫的升溫變化后還能活著，是一項艱巨的任務。“在活體標本上做實驗是非常難的，尤其是胚胎，無論是否注射化學劑，接下來的冷凍和回溫操作對于胚胎來說都會施加巨大的壓力。很多時候我們也失敗了?！盞hosla說。

和阿爾科的人體冷凍貯存步驟類似，冷凍斑馬魚胚胎最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)仍然是“灌注”：把細胞內(nèi)的水換成冷凍保護劑。但和貯存遺體不同，斑馬魚胚胎是活的，它們根本不能承受高濃度的化學制劑，所以保護液只能起到基礎作用。

而缺少高濃度保護液，胚胎很容易隨著溫度的變化形成冰晶，因為體積膨脹而刺破細胞壁。如果溫度降低得足夠快，胚胎可能瞬間“假死”，組織也會轉(zhuǎn)化成透明的玻璃狀而不是致命的冰。只是，在操作過程中稍有不慎，胚胎變成了白色或開始渾濁，就意味著它會徹底死亡了。

回溫過程的關(guān)鍵同樣是“快”。這是一個與冰“賽跑”的過程——讓冰還沒來得及形成，胚胎就已經(jīng)活了過來?！拔覀冃枰谝环昼妰?nèi)讓溫度變化6.9萬攝氏度，也就是要在0.2秒內(nèi)讓溫度降低到零下196攝氏度。”Khosla說。

要應對短時間內(nèi)溫度的急劇變化，胚胎需要一些額外的保護。在此前的一些類似實驗中，有科學家會給胚胎加上個只有0.4毫米寬的“冷凍帽”——這種技術(shù)來自日本北里公司——它看著像一根長吸管，包括一塊連接著把手的薄玻片，還有一個半圓形的罩子，這實際上給胚胎罩上一層“鎧甲”。在它們的保護下，胚胎能在液態(tài)氮里待上2分鐘，直到變得透明。

至于“復活”環(huán)節(jié)，Khosla和團隊用的方法是：在外部用激光加熱，在胚胎內(nèi)部植入吸收激光的介質(zhì)。其原理就和微波爐一樣，讓胚胎從內(nèi)部直接熱起來。

Khosla選用的是在美國圣地亞哥的nano Composix公司生產(chǎn)的黃金納米棒。它們只有111納米長，可以直接在顯微鏡下注入胚胎?！八仨毻瑫r滿足無毒和易產(chǎn)，而且還得保障穩(wěn)定性，不能因為產(chǎn)品批次不同就有所區(qū)別?！边@些黃金納米棒能夠吸收近紅外波段的激光，而且自然共振頻率和激光的波段接近。也就是說，激光和這些納米棒能夠同時以相同的頻率振動，如此便能產(chǎn)生更多的熱量。

有了納米棒在內(nèi)部“烤”，加上外部的激光束均勻照射，斑馬魚的胚胎終于能在冰晶形成前就活過來。在培養(yǎng)液里休養(yǎng)一段時間后，目前，由這些復活胚胎孵化的小斑馬魚已經(jīng)能搖尾巴了。

復活斑馬魚離復活人類顯然相差甚遠?！拔覀兊募夹g(shù)還不能加熱2毫米以上的胚胎?，F(xiàn)在說復活到更大的生物系統(tǒng)還為時尚早，畢竟快速的回溫會更難?！盞hosla說。

對于人類來說，要想在活著的時候“冬眠”，可能還需要等待幾十年甚至幾百年的時間，但明尼蘇達大學生物傳熱傳質(zhì)實驗室正在做的事情，多少讓人看到了一些曙光。

目前，這項技術(shù)最實用的用途便是太空旅行。在各國政府都想支配宇宙的今天，旅行者能夠經(jīng)受住長途旅行成為重要前提。據(jù)天文學家估計，前往火星這樣一個“近鄰”，用目前的技術(shù)也需要6個月的時間才能到達。同樣，一個無人駕駛的航天飛行器也至少需要9年半的時間才能到達太陽系邊緣的冥王星。

除非人們能被深度冷凍，否則進行一次載人太空旅行任務在目前看來是不太現(xiàn)實的。綜合考慮，深度冷凍這樣的方式無疑是最實用且最人道的。當人們處于深度冷凍狀態(tài)時，他們不需要食物和飲用水，這可以大大減輕飛船的負重。更重要的是，處于深度冷凍狀態(tài)還可以防止精神錯亂的發(fā)生。長時間獨自旅行的人群因為精神上的壓力，常常會有這個問題，而深度冷凍狀態(tài)可以減少對個人精神狀態(tài)的損害。

據(jù)Khosla介紹，他們已在使用氧化鐵納米粒子和無線電波加熱更大的樣本——比如人類的腎臟和肝臟冷凍體。假如研究有所進展，將直接造福全球龐大的器官移植群體，距離實現(xiàn)人類的“冬眠”夢想也將更近一步。