冷冻永生?新研究-150℃冻存肾脏百天,解冻移植后仍正常
长期以来,“冷冻永生”都是科幻作品,或者生物医学中的热门话题。这一方法通过将人体深低温保存(一般在-196°C以下)而“暂停”或“无限延缓”肉体的衰老,并在未来利用先进的医疗科技解冻并复活人体。
基于这种设想,人类就可以通过冷冻-解冻的方式而无限逼近于“永生”。
然而,生物体冷冻时,水分子会从无定型的流体变成刚性晶体并刺穿细胞,细胞液中的盐则会在冻结的区域高度浓缩导致生物毒性;解冻或者复温时,如果升温速度过慢,也会产生冷冻时的刚性晶体,如果加热不均匀,组织膨胀收缩产生的应力也会破坏组织——因此,对于当前的科技水平来说,“冷冻永生”还是一项十分遥远的命题,甚至连“冷冻器官”都困难重重。
不过,Nature子刊上发表的一篇论文则为冷冻器官给出了新的解决方案,另一顶刊Sicence也在其封面对这一研究进行了专题报道。
来自美国明尼苏达大学的研究团队提出,利用这一新方法,在-150℃下冻存了100天的大鼠肾脏仍然可以完成移植,且功能与原装器官几乎无异。
方法的关键就在于对上述所说的冷冻、复温两类过程中的主要问题进行了解决。
冷冻时,研究人员利用玻璃化(vitrification)技术。通过高浓度的冷冻保护剂(CPA)和较快的冷冻速度,使得冷冻时生物体组织中的水分子难以聚集形成晶体,而是较为坚硬光滑的玻璃状的物质,减弱细胞冷冻时的受损程度。
解冻复温时,则采用“纳米复温(nanowarming)”技术。在上述所用的冷冻保护剂中加入氧化铁纳米颗粒(IONP),再将冻存器官放在射频线圈中,通入电流产生感应磁场,通过器官中的铁粒子产热。冷冻保护剂防止锋利晶体的产生,而射频电场无衰减穿透组织的特性则能保持复温过程中生物组织的受热均匀。
基于这一方法,研究人员进行了实验。他们准备了已移除天然器官的小鼠,并将在-150℃冻存100天的大鼠肾脏移植到这些小鼠体内。
他们发现,解冻复温后的肾脏在外观上与新鲜器官几乎无异,而移植了这类肾脏的小鼠在中期有血清肌酐水平升高、高血钾症、代偿性酸中毒等症状,但基本在2周内恢复正常水平。而在第30天时,移植了解冻肾脏的小鼠的肾功能已与天然器官无统计学差异。
将纳米复温技术的肾脏(下图中红框部分)与在4℃下保存60小时的肾脏进行对比,后者明显出现了肿大外观和充血、瘀斑等损伤。而将两种保存方式下的肾脏均与新鲜肾脏(Fresh Control)对比,也能发现,纳米复温技术的肾脏在组织学层面也更靠近新鲜肾脏。
研究者在论文中表示,他们已经开始尝试保存人类肝脏,并成功将人类肝组织在-4℃下的保存时间延长到了27小时。而在结合一种常用的结晶剂snomax后,还可以让组织在-5℃下冻存15天。
当前器官冷冻在绝大多数情况下仍用于器官移植,不过,当某一天,整个生物体都能用上这种类似的冷冻-解冻技术,那么无数人所期盼的“冷冻永生”,或许也就不远了。