冷凍人：復(fù)活還只是夢想

近日，我國本土首例人體冷凍在山東完成。49歲的癌癥患者展文蓮在醫(yī)院離世后，被送往20公里外的山東銀豐生命科學(xué)院，保存到零下196℃的液態(tài)氮中，等待未來某一天的“復(fù)活”。

這個頗具科幻色彩的新聞激發(fā)了很多讀者的興趣，人們不禁要問：冷凍人真的能復(fù)活嗎？

冷凍，讓時光凝固

當(dāng)外界溫度低至一定程度時，肌體細(xì)胞處于“生命機會停頓”狀態(tài)。理論上講，一個生物如果能在4℃環(huán)境下存活2小時，在零下196℃下可望保存幾個世紀(jì)

“現(xiàn)在的人體凍存還不是一個嚴(yán)格意義上的科學(xué)項目，世界范圍內(nèi)尚沒有一個冷凍人復(fù)蘇成功的案例?！苯邮芄P者采訪時，中科院理化技術(shù)研究所研究員、清華大學(xué)教授、低溫生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)北京市重點實驗室主任劉靜說，科學(xué)項目要做到可測試、可重復(fù)，人體冷凍顯然還不在其列?！芭c其說它是科學(xué)，不如說它目前還只是人類的一個美好夢想?！?/p>

人體凍存復(fù)蘇雖然是一種夢想，但就更廣泛范圍而言，低溫冷凍保存技術(shù)卻是一種可以“凝固時光”的技術(shù)。低溫環(huán)境可以使活體組織的代謝活動能力顯著降低。當(dāng)外界溫度低至一定程度時，肌體細(xì)胞既不會衰老，也不會退化，處于“生命機會停頓”狀態(tài)，因而使生命得以永恒封存。

理論上講，一個生物如果能在4℃環(huán)境下存活2小時，那就能在零下40℃下保存數(shù)日，在零下80℃下保存數(shù)月，在零下196℃下可望保存幾個世紀(jì)。

劉靜介紹，借助現(xiàn)代低溫冷凍保存技術(shù)，人類已經(jīng)可以長期保存精子、卵子及胚胎。尤其是近30年來，利用低溫冷凍保存技術(shù)，人類成功地實現(xiàn)了對絕大多數(shù)細(xì)胞，如成纖維細(xì)胞、脂肪細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞、干細(xì)胞等的保存。

在該技術(shù)中，液氮是細(xì)胞凍存過程中最常用的超低溫制冷劑，在零下196℃中，細(xì)胞能夠長期被保存。這或許也是展文蓮被保存到液氮中的原因。

然而，量變引起質(zhì)變。越簡單的細(xì)胞，凍存和復(fù)蘇越容易，越復(fù)雜的組織則越難。比如凍存女性卵母細(xì)胞的冷凍卵子技術(shù)，凍存后的細(xì)胞復(fù)蘇成功率低于50%。劉靜表示，這主要是因為卵母細(xì)胞尺寸遠大于其他普通細(xì)胞。

而對于體積再大一些的組織或器官，卻只能低溫短期保存，而不能像細(xì)胞那樣放進液氮中長期凍存?！凹?xì)胞保存幾萬年沒問題。器官現(xiàn)在只能4℃左右低溫保存，沒有凍起來，凍起來會破壞組織活性，不能用于移植了?！眲㈧o解釋說，原因在于體積較大的組織或器官，冷卻液很難快速均勻地導(dǎo)入其內(nèi)部，降溫或升溫時可能因其內(nèi)外溫差導(dǎo)致的應(yīng)力，造成撕裂性創(chuàng)傷；同時，凍存組織的細(xì)胞和細(xì)胞之間容易形成冰晶，在冷凍和復(fù)蘇過程中，這些冰晶都會對組織造成不可逆的機械性損傷。

關(guān)于冰晶的傷害，有一個更通俗的比喻。據(jù)BBC報道，低溫生物學(xué)家高大勇曾說過，凍存人體在復(fù)蘇升溫過程中，隨時可能像玻璃一樣碎掉。

所以，目前現(xiàn)代低溫保存技術(shù)只在皮膚、角膜、肝臟、腎臟等復(fù)雜組織和器官的短期保存上取得進展，并在器官移植手術(shù)中得到應(yīng)用。稍微復(fù)雜一些的組織和器官都不能在真正凍存后保持生物活性，更不用說整個人體的凍存復(fù)蘇了。

復(fù)蘇，還從未成功

科學(xué)家沒有停止過對凍存生物的復(fù)蘇實驗，但以目前的技術(shù)水平，人體放在液氮里再復(fù)活幾乎不可能成功

那么，用冷凍技術(shù)延長人類壽命的夢想就這樣失敗了嗎？

“其實我們可以換個思維方向，比如說，凍死癌細(xì)胞！”劉靜介紹，在人類與腫瘤抗?fàn)幍倪^程中，超低溫冷凍消融手術(shù)具有麻醉鎮(zhèn)痛、止血及減少出血、能防止腫瘤擴散等優(yōu)點，且副作用遠低于放療和化療，贏得“綠色療法”之譽。他的研究團隊從17年前就開始進行這個方向的研究。今年該團隊與北京一家醫(yī)療器械公司共同研制的創(chuàng)新醫(yī)療器械“低溫冷凍手術(shù)系統(tǒng)”和“一次性使用無菌冷凍消融針”，已通過國家食品藥品監(jiān)督管理總局審批，被批準(zhǔn)上市，產(chǎn)品授權(quán)使用范圍為“臨床中除空腔腫瘤外的實體腫瘤冷凍治療”。

當(dāng)然，科學(xué)家是最喜歡挑戰(zhàn)夢想的人群。雖然凍死癌細(xì)胞比復(fù)蘇凍存人體容易得多，他們也沒有停止過對凍存生物的復(fù)蘇實驗。

1971年曾有報道稱，科學(xué)家采用液氮長時間保存舌蠅和白蛉并獲得成功。但此后的案例十分少見。

在2007年發(fā)表的一篇論文中，劉靜團隊對黑背螞蟻進行了零下10℃以下的冷凍復(fù)活研究。研究結(jié)果顯示，將經(jīng)過長期喂養(yǎng)糖類抗凍劑的黑背螞蟻裝入廣口瓶放置在零下20℃環(huán)境中48個小時，廣口瓶中最終最低溫度為零下18℃，534只螞蟻中，僅有7只復(fù)活，復(fù)活率為1.31%；而不作抗凍處理的螞蟻，冷凍之后無一幸免，全數(shù)死亡；至于他們嘗試過的其他更大個體動物如小鼠的冷凍復(fù)活，則從未成功過，也就無從發(fā)表研究報告。

劉靜的同事、中科院理化技術(shù)研究所研究員饒偉做過金魚的冷凍復(fù)蘇實驗。他曾把一條活蹦亂跳的金魚浸沒在零下196℃的液氮里，很快它就“凝固”了。如果在一分鐘之內(nèi)把這條凍住的金魚放進溫水里，冰融化后，金魚又能活過來游動。但如果時間長過幾分鐘，金魚就再也不能復(fù)蘇了。

研究發(fā)現(xiàn)，這不是真正的凍存。在液氮造成的低溫環(huán)境中，金魚體表的水瞬間結(jié)冰，但金魚內(nèi)部的心臟等要害器官并未結(jié)冰。所以短時間內(nèi)，金魚可以復(fù)蘇。但如果冰凍時間略長，要害器官也結(jié)冰了，金魚就真凍死了。

黑背螞蟻是遠比人類低等和微小的生物，凍存溫度又遠比液氮溫度高，凍存時間僅兩天，復(fù)活率還是“百里挑一”。

金魚也是遠比人類低等的生物，然而其在液氮中的冷凍復(fù)蘇僅能維持“分鐘級”，并非真正的“凍結(jié)”，距離人類需要的“凝固時光”技能點也相差太遠。

可以想見，以目前的技術(shù)水平，人體放在液氮里再復(fù)活幾乎不可能成功。

仿生，向自然學(xué)習(xí)

專家表示，效法自然，發(fā)展仿生型低溫保存技術(shù)，將成為今后突破傳統(tǒng)技術(shù)瓶頸最有前景的方向之一

當(dāng)遇到人力難以解決的科學(xué)問題時，科學(xué)家們往往會請教大自然這個最偉大的老師。冷凍復(fù)蘇的課題也是如此。

劉靜表示，雖然現(xiàn)有的低溫技術(shù)對于復(fù)雜組織、器官乃至生命個體的長期凍存仍無能為力，但借鑒冬眠動物天然的耐寒機理，人類也有望建立起嶄新的生物材料低溫凍存技術(shù)，科學(xué)家曾發(fā)表文章探討過此方面的可能途徑。“效法自然，發(fā)展仿生型低溫保存技術(shù)，將成為今后突破傳統(tǒng)技術(shù)瓶頸最有前景的方向之一。”

地球上的溫帶和寒帶動物，每年都要經(jīng)受冬季低溫天氣的威脅。按照體內(nèi)是否形成冰晶，動物的耐寒機制可以分為耐受結(jié)冰性和非耐受結(jié)冰性兩類。前者在低溫下體內(nèi)雖然形成冰晶，但能忍受并在低溫下生存；后者則是體內(nèi)并無冰晶形成，只是保持一定的過冷度，并由此避免低溫?fù)p傷。

國外曾有科學(xué)家使用低溫電子顯微鏡直接觀察生物體結(jié)冰后的狀態(tài)，還引入磁共振成像實現(xiàn)了動態(tài)實時觀察動物體內(nèi)結(jié)冰過程。他們發(fā)現(xiàn)，耐受結(jié)冰的蛙類，自身會產(chǎn)生大量抗凍劑，大量聚集在肝臟、大腦等重要部位，使這些部位延遲結(jié)冰；肝臟和大腦在冷凍過程中還會由于脫水引起體積減小現(xiàn)象；它的冷凍過程也與融化過程截然不同，結(jié)冰過程是從外部開始向內(nèi)部推進，逐漸結(jié)冰固化，而融化過程則相對快速而均一，整個生物體幾乎同時開始融化，避免了從外到內(nèi)的融化模式所帶來的局部缺氧壞死問題。

通過這類研究，科學(xué)家們總結(jié)過這些耐受結(jié)冰性動物成功存活必須滿足的4個條件：一是冰晶必須只局限于細(xì)胞外部，且冰晶引起的損傷應(yīng)盡量達到最??；二是冷凍速率必須足夠慢，以維持細(xì)胞滲透壓在一定范圍內(nèi)，保證有足夠時間進行細(xì)胞內(nèi)外離子和溶質(zhì)的重新分布，并允許細(xì)胞膜在一定范圍內(nèi)收縮；三是細(xì)胞的容積縮小和脫水程度不能超過最大的損傷范圍；四是細(xì)胞必須能夠在長時間被胞外冰晶包圍所引起的局部缺血環(huán)境中生存。

“也就是說，動物的耐寒性與低溫程度、低溫暴露時間和降溫速度有關(guān)?！眲㈧o說，動物的抗寒機理研究其實已經(jīng)出現(xiàn)很多成果。人們發(fā)現(xiàn)了甘油、葡萄糖等小分子抗凍物質(zhì)，從而研制出一批類似功能的低溫保護劑；還從魚類、昆蟲等動物體內(nèi)分離純化了幾十種抗凍蛋白，用于低溫保存的研究；并研究了冰核細(xì)菌等可以使生物體液在較高的亞低溫下結(jié)冰而避免形成致命冰晶的冰核劑，現(xiàn)在已將冰核細(xì)菌用于促凍殺滅害蟲或食品加工。

其實，人類對于如何實現(xiàn)長生已有很多夢想，冷凍人復(fù)活只是其中之一。這些夢想現(xiàn)在看起來距離科學(xué)實現(xiàn)還有些遙遠，然而在追尋夢想的過程中，人類的科技水平也在不斷進步。大自然已然清晰無誤地告訴人類，動物冷凍復(fù)活早已存在，人工實現(xiàn)此類復(fù)活是可能的，但揭開其中的秘密卻還需要時間和人類的智慧。未來，將有無限可能！