無論是拯救世界後被冰封近 70 年的美國隊長，還是各種科幻情節中的“休眠艙”，利用低溫保存人體或器官使其保持活性，待解凍時就能“複活”的概念似乎離人們越來越近。

（來源：影視截圖）

理論上， “人體冷凍技術”的原理并不難理解，首先通過液氮将人體或重要器官降至接近絕對零度（-196℃）下保存，然後隻需等待有一天，科技發展到可将人體或者器官‘複活’。”雖然先冷凍再“複活”的想法非常美好，但是其中需要克服的困難和阻礙以目前科技來說還很難實現。衆所周知，冷凍過程會給機體造成不可逆的損傷，其中最重要的因素是細胞結冰。當機體内的大量水分結冰時，細胞會形成冰晶，而這些銳利的冰晶很有可能會對細胞膜産生破壞，并且形成冰晶後的細胞會給自身 DNA 帶來巨大威脅。此外，細胞進入脫水狀态也會導緻其最終死亡。因此，目前在移植器官的供應和需求關系中，仍存在着巨大的缺口。長期以來，如何更長時效地保存人體器官功能健康都是該領域難題。以心髒為例，一旦心髒脫離人體 4 小時後，便會出現衰竭現象。所以，捐獻中心的捐獻心髒如果無法及時移植給相關患者，超過時效後隻能廢棄。當地時間 9 月 22 日，來自加州大學伯克利分校（University of California, Berkeley）的魯賓斯基實驗室博士後馬特·鮑威爾·帕爾姆（Matt Powell-Palm）與其團隊發現了一種可以更長時效保存心髒組織的方法。通過這種方法，他們成功地将心髒在零度以下保存3天後成功複蘇。相關論文以《制作可樂冰沙的原理，能讓“超冷凍”的心髒複跳》（Isochoric supercooled preservation and revival of human cardiac microtissues）為題，發表于《通訊生物學》（Communications Biology）上[1]。作為論文第一作者鮑威爾·帕爾姆表示：“據我們所知，這是有史以來第一份關于自律工程化人類心肌組織的過冷與複蘇報告。”

圖｜相關論文 （來源：Communications Biology）

該操作的核心技術被稱為“等容過冷”（isochoric supercooling），是由同樣來自加州大學伯克利分校的鮑裡斯·魯賓斯基 （Boris Rubinsky）在大約 16 年前開創。該技術的最大特點在于，可避免低溫下保存的生物材料形成有害的冰晶。傳統的等容過冷技術會将生物材料呈現在恒壓的大氣中，使其冷凍成固體。而新的等容過冷技術是将生物材料密封在一個無空氣且注滿液體的剛性容器中。在這樣的條件下，即使溫度降低至冰點，也沒有形成冰晶的空間。

圖｜等容過冷用的容器示意圖（來源：University of California, Berkeley）

在之前的實驗中，魯賓斯基通過該技術将樣品冷卻至零下二十攝氏度，結果樣品中仍有接近二分之一的材料未被凍結。對此，魯賓斯基解釋：“這是基本的熱力學。當要凍結的材料被限制在一個剛性盒子中時，隻有部分體積會凍結。”這種操作類似于将搖晃過的可樂放入冰箱中冷凍，一定時間後可樂會變成“可樂沙冰”。“沙冰”狀态下的可樂其實并沒有結冰，如果動搖就會發現，瓶内的可樂會快速固化，這是因為當二氧化碳的氣泡與可樂接觸時，氣泡周圍就會形成冰晶。簡單來說，當溫度降到冰點，水會自然結冰且體積膨脹。但是，如果在一個剛性堅固的容器中裝滿水，水中的氣泡被排盡，堅固的容器中沒有多餘空間讓水結冰。因此，這種情況下的水依舊可以保持液态。同樣，類似的方法可以避免低溫保存器官形成冰晶後帶來的傷害。

圖｜可樂冰塊比可樂水的密度小（來源：視頻截圖）

在本次實驗中，鮑威爾·帕爾姆團隊利用幹細胞形成的心髒進行測試，這樣的心髒組織也稱作“心髒微生理系統”（MPS），它們不僅與人類心髒跳動相似，而且節律與真正的心律也非常接近。研究團隊将該系統放入灌滿器官保護液的剛性容器中并開始冷卻至零下 3 攝氏度，然後研究團隊分别在隔了 24 小時、48 小時、72 小時的時候取出細胞，并嘗試在 37 攝氏度下喚醒細胞活性。結果表明，有至少超過 60% 的樣本組織可以複蘇并進行自律跳動。此外，經曆不同時長冷凍的樣品之間無明顯差異。在後續的樣本實驗和檢查中，研究團隊發現，盡管越長時間的冷凍會使心跳有持續略微上升的趨勢，但是對于心髒的完整性和心率并無任何影響。

圖｜心髒組織保存過程（來源：Communications Biology）另外，在經過各項測試後，研究團隊還發現在接受過等容過冷實驗的心髒組織可對“異丙腎上腺素”保持藥物反應（用于提升心率），因此研究團隊接下來會進一步将研究用于臨床，甚至拓展到人體其他重要器官上。鮑威爾·帕爾姆表示，“這是第一次有（幹細胞誘導産生的）心髒組織在過冷保存之後成功複蘇。雖然，複蘇的還不是真正取自人體的心髒組織，但依然給心髒移植帶來了更多的可能。”

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