科幻小說中的冷凍后復(fù)活的場景成真？科學(xué)家成功將小鼠腦切片冷凍-196℃復(fù)溫后，竟然恢復(fù)活動(dòng)了。

人們對“復(fù)活”這件事總有某種期待，例如，在科幻小說中我們經(jīng)常會看到這樣的橋段：有人身體被深度冷凍，處于休眠狀態(tài)后，10 年或更長時(shí)間后解凍并重新醒來，他們的所有精神和身體能力都與正常無異。

這當(dāng)然是一種非常理想的狀態(tài)。實(shí)際上，在學(xué)術(shù)領(lǐng)域，科學(xué)家也在這方面不斷探索。例如，近年來，大鼠腎臟、肝臟和心臟的冷凍保存均取得了成功。也有研究人員嘗試對人類和其他動(dòng)物（主要是幼年動(dòng)物或胚胎組織）的腦組織進(jìn)行低溫冷凍和解凍。

結(jié)果顯示，神經(jīng)組織能夠在冷凍狀態(tài)下在細(xì)胞水平上存活，并在解凍后恢復(fù)部分功能。但是，目前還無法完全恢復(fù)到大腦正常功能所需的特性，包括神經(jīng)元放電、細(xì)胞代謝和大腦可塑性等。

（來源：埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)）

近期，德國埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)（University of Erlangen-Nuremberg）團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種玻璃化冷凍的方法，該方法能將組織保存在類似玻璃的狀態(tài)，并配合可保留活體組織的解凍過程。

該研究首次證明了成年小鼠大腦的海馬體組織經(jīng)玻璃化冷凍后，能夠在復(fù)溫后恢復(fù)多種關(guān)鍵神經(jīng)功能，包括學(xué)習(xí)和記憶的關(guān)鍵能力。相關(guān)論文已于近日發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。

埃爾蘭根-紐倫堡大學(xué)神經(jīng)學(xué)家、該論文第一作者 Alexander German 表示，這些發(fā)現(xiàn)提供了一種新的希望，或許未來能夠保護(hù)大腦免受疾病或嚴(yán)重?fù)p傷，甚至實(shí)現(xiàn)哺乳動(dòng)物的全身冷凍保存。

圖丨相關(guān)論文（來源：PNAS）

要想了解這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步，我們需要看清它要解決的核心問題。如果把大腦看作一塊豆腐，用傳統(tǒng)的冷凍方式將豆腐放進(jìn)冰柜后，豆腐中的水分會結(jié)冰，并破壞其本身的結(jié)構(gòu)，讓豆腐變得“千瘡百孔”。

而大腦是一種復(fù)雜的器官，特別是，如果想在冷凍復(fù)溫后完全恢復(fù)功能，需要解決的問題是因冰晶形成造成的損傷。

具體而言，在冷凍過程中形成的冰晶會破壞或刺穿組織的納米結(jié)構(gòu)，擾亂關(guān)鍵的細(xì)胞過程。這會導(dǎo)致突觸連接斷裂，因此組織復(fù)溫后細(xì)胞的電生理功能可能便永久喪失了。此外，滲透壓應(yīng)激和冷凍保護(hù)劑的毒性這兩個(gè)關(guān)鍵因素同樣不容忽視。

（來源：PNAS）

于是，研究團(tuán)隊(duì)想到了方案創(chuàng)新：能不能用一種新方法來保存大腦功能呢？他們將重點(diǎn)聚焦在一種名為玻璃化冷凍的保存方法。

實(shí)際上，該方法并不是真正的“冷凍”，而是用高濃度冷凍保護(hù)劑替代組織中的水分。這樣，它能夠以極快的速度冷卻液體，使分子在形成冰晶之前就被困在無序的玻璃狀態(tài)。根據(jù)論文，這種冷凍保護(hù)劑由不同成分混合制成，包括 22.3% 二甲基亞砜、16.84% 乙二醇、12.86% 甲酰胺以及 7% 聚乙烯吡咯烷酮。

我們還是以豆腐作為類比，通過這種方法就好像將豆腐變成了一塊透明的、固態(tài)的“玻璃豆腐”，不僅其內(nèi)部結(jié)構(gòu)得以完整保存，所有的分子運(yùn)動(dòng)也停止了。

研究人員提出了一種關(guān)鍵性設(shè)想：如果大腦內(nèi)所有分子的運(yùn)動(dòng)完全停止，即進(jìn)入玻璃態(tài)，大腦功能是否能重新啟動(dòng)？

（來源：埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)）

他們首先制備了包含海馬體的 350 微米厚小鼠腦切片，切片中包含了大腦中負(fù)責(zé)記憶和空間導(dǎo)航的核心樞紐——海馬體（hippocampus）。

在實(shí)驗(yàn)中，他們先將小鼠腦切片基于含有冷凍保存化學(xué)物質(zhì)的溶液進(jìn)行預(yù)處理，然后用液氮快速冷卻至-196℃。之后，切片在-150℃深低溫冰箱中以玻璃態(tài)保存 10 分鐘至 7 天不等。

研究團(tuán)隊(duì)將腦切片在溫?zé)崛芤褐薪鈨龊?，分析了組織，并確定是否保留了相關(guān)的功能活性。實(shí)驗(yàn)證明，海馬體的關(guān)鍵特征得以保留，包括結(jié)構(gòu)完整性、代謝響應(yīng)性、神經(jīng)元興奮性，以及突觸傳遞和可塑性。

（來源：PNAS）

顯微鏡觀察顯示，神經(jīng)元膜和突觸膜均完整無損，線粒體活性檢測也未發(fā)現(xiàn)代謝損傷。神經(jīng)元電生理記錄顯示，盡管與對照組相比仍存在一定差異，但神經(jīng)元對電刺激的反應(yīng)已經(jīng)接近正常水平。

另一方面，海馬神經(jīng)通路仍然能夠產(chǎn)生突觸強(qiáng)化，即“長時(shí)程增強(qiáng)”（long-term potentiation），這表明學(xué)習(xí)和記憶的細(xì)胞機(jī)制仍保持運(yùn)作。

也需要同時(shí)看到的是，在實(shí)驗(yàn)中，部分神經(jīng)元興奮性有小幅度下降。盡管如此，結(jié)果展示出整體神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功能獲得重建，抑制性神經(jīng)元的活動(dòng)也未受損，表明了保持神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本平衡的可行性。

腦切片的結(jié)果讓人欣喜，但研究團(tuán)隊(duì)并未止步于此，他們還進(jìn)一步對完整腦組織的原位玻璃化保存進(jìn)行了深入探索。研究人員用主動(dòng)脈灌注將冷凍保護(hù)劑注入小鼠大腦中，為防止由于血腦屏障引發(fā)的脫水損傷，他們采用了“交替平衡”策略。經(jīng)探索和優(yōu)化，部分大腦在復(fù)溫和保護(hù)劑清除后仍能維持結(jié)構(gòu)完整。

從結(jié)果來看，保存 1 至 8 天后的海馬體腦片仍能夠顯示正常的線粒體呼吸功能，顆粒細(xì)胞也保持了興奮性和突觸可塑性。盡管成功率仍有進(jìn)一步提升的空間，但這種探索為日后玻璃化冷凍技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜的器官系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。

目前，這項(xiàng)研究仍處于早期階段，未來要進(jìn)入更深入的探索階段，需要建立更長期和更完整的體系，以進(jìn)一步解決研究的局限性。例如，此類腦切片會自然降解，并且觀察窗口也僅有 10 至 15 小時(shí)等。

該技術(shù)具有多維度的意義。對基礎(chǔ)神經(jīng)科學(xué)而言，過去研究人員需要使用新鮮的大腦切片，通常實(shí)驗(yàn)做完后就扔掉，并且不同時(shí)間、不同團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果難以直接進(jìn)行比較。

現(xiàn)在，有了這種新方法，可保存同一批腦組織，并在需要時(shí)進(jìn)行重新“復(fù)活”。這不僅有利于大幅度提升實(shí)驗(yàn)的可靠性和再現(xiàn)性，同時(shí)也能減少實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的使用。

更長遠(yuǎn)地來看，該研究為藥物研發(fā)、更復(fù)雜器官的保存以及神經(jīng)疾病研究提供了一種新的路徑。或許，我們向人類可按下生命暫停鍵的“冷凍復(fù)活”又邁進(jìn)了一步。

參考資料：

https://doi.org/10.1073/pnas.2516848123

https://www.nature.com/articles/d41586-026-00756-w

https://www.fau.eu/2026/03/news/extrem-tiefgekuehlte-hirnregion-kann-nach-auftauen-wieder-elektrische-lernreize-verarbeiten/

運(yùn)營/排版：何晨龍