中國科學(xué)家發(fā)明新型“保護(hù)劑”，腦組織冷凍18個(gè)月可復(fù)活！
看過《三體》小說的朋友也許還記得其中一顆冷凍的人類大腦被送往宇宙后被復(fù)蘇，甚至克隆出完整軀體的情節(jié)。最近，復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)轉(zhuǎn)化研究院邵志成博士帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)在《Cell Reports Methods》雜志上，發(fā)表了一項(xiàng)低溫保存腦組織的新技術(shù)，成功復(fù)活了冷凍長達(dá)18個(gè)月的腦細(xì)胞。小說里的技術(shù)在現(xiàn)實(shí)中就要實(shí)現(xiàn)了嗎？
正常情況下，人體細(xì)胞時(shí)刻都在進(jìn)行代謝和更新。催化各種生物化學(xué)反應(yīng)的酶大多在接近正常體溫的環(huán)境下活性最強(qiáng)。因此當(dāng)溫度降低，細(xì)胞的生命活動(dòng)就會(huì)變得遲緩。在極低溫度下，例如約零下196°C的液氮中，細(xì)胞的代謝和死亡過程幾乎完全暫停，狀態(tài)得以保留。低溫保存技術(shù)對(duì)輔助生殖，器官移植，疾病研究，藥物開發(fā)等都有重要意義。
創(chuàng)造低溫環(huán)境很容易，但冷凍和解凍過程會(huì)對(duì)細(xì)胞造成致命的損傷。
細(xì)胞中含有大量水分，一旦被凍結(jié)，水的體積會(huì)膨脹，并形成尖銳的冰晶，把細(xì)胞“撐破”。日常生活中，凍過的肉和水果總是軟塌塌的，正是因?yàn)榧?xì)胞被冰晶破壞的緣故。
因此冷凍時(shí)要用到一類叫冷凍保護(hù)劑的物質(zhì)，常見有甘油、蔗糖、二甲基亞砜等。它們的凝固點(diǎn)比較低，冷凍前用他們置換出細(xì)胞內(nèi)的水分，能減少冰晶的形成。生殖細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能相對(duì)簡單，含水量較低，目前冷凍保存精子和卵子的技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟。
具有病理特征的活體人腦組織是研究神經(jīng)疾病的可靠模型。但樣本獲取并不容易，冷凍保存效果也不理想。腦細(xì)胞含水量高達(dá)80%，對(duì)低溫?fù)p傷很敏感，而且腦組織功能結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)技術(shù)無法保存大多數(shù)功能性神經(jīng)元。
研究人員嘗試用胚胎干細(xì)胞分化而成的“類腦器官”進(jìn)行研究。這些類腦器官直徑只有幾毫米，但能發(fā)育出與人腦相似的多種細(xì)胞類型和三維結(jié)構(gòu)。然而，長期培養(yǎng)類腦器官的成本高昂，限制了其應(yīng)用?；谏鲜鲈颍壳八幬餃y試等仍主要使用動(dòng)物模型，這也導(dǎo)致了90%以上的候選新藥在臨床試驗(yàn)中失敗。因此，建立能有效冷凍保存類腦器官以及真人腦組織的技術(shù)非常必要。
復(fù)旦大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)將9種低溫保護(hù)物質(zhì)作為備選，對(duì)皮質(zhì)類腦器官進(jìn)行冷凍保護(hù)。通過多次實(shí)驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)以二甲基亞砜、甲基纖維素、乙二醇和一種細(xì)胞凋亡抵抗劑（Y27632）為主的組合效果最佳，并將這種新型保護(hù)劑命名為“MEDY”。
對(duì)培養(yǎng)期從28天到100多天的皮質(zhì)類腦器官，MEDY在細(xì)胞結(jié)構(gòu)和神經(jīng)元生長活性方面實(shí)現(xiàn)了良好的保護(hù)效果。對(duì)于冷凍保存長達(dá)18個(gè)月的類腦器官，神經(jīng)元和具有增殖能力的祖細(xì)胞也得到了理想的保存，解凍后的增殖活性接近未冷凍的細(xì)胞。MEDY同樣適用于脊髓類腦器官等其他腦區(qū)的類腦器官，這對(duì)脊髓損傷等的后續(xù)神經(jīng)移植治療也有應(yīng)用潛力。此外，研究人員還從一名9個(gè)月大的癲癇患兒的腦組織中采集了直徑約3毫米的樣本進(jìn)行測試，結(jié)果顯示，該腦組織在解凍后結(jié)構(gòu)完整，并在培養(yǎng)基中保持了兩周的活性。
從類腦器官到真實(shí)病人的腦組織，MEDY顯示了良好的通用性。冷凍保存的模型可以更好地用于神經(jīng)疾病的研究、藥物篩選，推進(jìn)再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域使用神經(jīng)類腦器官的臨床治療。 目前的成果仍然基于數(shù)毫米的微型組織，未來還需要對(duì)更多種類和更大體積樣本進(jìn)行深入研究。雖然距離科幻場景中冷凍整個(gè)大腦甚至完整人體的目標(biāo)還有很長的路要走，但這無疑是我們向前邁出的重要一步。
來源：科普中國
