冷冻人体可行吗?以后还能复苏吗?《白泽论坛》带你走进低温下的生命世界
昨天下午,上海理工大学医疗器械与食品学院院长刘宝林教授做客第38期白泽论坛,带来了《生物样本低温保存技术》主题演讲。低温下的生命有着怎样的奥秘呢?一起来看看吧。
我们通常喜欢待在一个令自己舒适的温度范围,因此,我们会在冬天冲暖饮,夏天吃冰镇西瓜。超过这个范围的温度会令我们感到不适,而当温度不断趋近于极高或极低,我们的生命会完全消逝吗?还是有其他答案呢?
一些动物会在低温下“假死”
加拿大科学家在研究一种树蛙时发现,被霜冻的树蛙,在解冻后又活蹦乱跳的“复活”了。这只树蛙提供了一个“其他答案”,透露出极低温下生命秘密的一角。
那么极低温下的生命究竟是怎样的呢?
生命由细胞组成,细胞再由分子、原子组成,这些分子、原子的运动也就是我们生命活动的基础。而这些微观粒子的运动与温度密切相关,当温度降至一定温度下,这些粒子运动会逐渐减慢甚至停止(这一温度称为“绝对零度”,也是原子所能达到的低温极限),与之相对,我们的各项生命活动也会随之减缓,这便是低温科学的理论起点。
人们对“低温延长生命”的探索
低温之下,运动变得缓慢,相比之下,时间被无限的放大。因此,人们将冻结视为一种延长生命的方式。在科幻作品中,主人公常常是在低温深眠下穿过遥远的宇宙光年、或是漫长的末日长夜。
现实中,也有人选择了使用低温冷冻来延长自己的生命。美国的阿尔科基金会已经冷冻了一百多具“人体”,其中不乏各界名人,他们在生命临界终点时,被冷藏起来,等待在未来某一天“苏醒”。但这些人是否能够真的“复活”,没有人知道,因为现在为止还没有实施过这些低温人体的复苏。
低温技术在医学的应用
虽然“冷冻人体”听起来仍过于玄幻,但在医疗领域,低温技术距离我们其实并不遥远。目前,低温存储在临床上多应用在细胞层面,随着细胞医疗兴起,细胞作为一种新型式的药物逐渐被应用在免疫性疾病、恶性肿瘤等疾病的治疗当中。
但有别于传统化学药物,细胞作为一个有活性的生命体,其疗效往往需要建立在有效的存储之上,这就需要低温技术的介入了。
低温存储的难点是水
我们常说“没有水就没有生命”,水的独特性质使其成为众多生命活动的基础,如水良好的介电性、高值的比热容。但水在低温下冻结,却是细胞存储面临的主要问题。
1972年,Peter Mazur提出,细胞在冷冻过程中面临两大损伤,即“胞内冰损伤”与“溶质损伤”。
从上面不同冷却速率下细胞存活率曲线,我们可以看到:降温速率过慢,细胞主要因溶质损伤而失活,而降温过快,则面临胞内冰损伤。而曲线的最高点,就是细胞冻存时的最佳降温速率。
为什么会有溶质损伤和胞内冰损伤呢?
两者的出现与细胞膜渗透性有关。当细胞冷却过快,胞膜内水分子来不及外渗即过冷,细胞中的胞质便会结成冰晶,对细胞器乃至整个细胞造成损伤;而冷却过慢,细胞外液会先结冰,导致渗透压升高,细胞内水分外渗,若这一过程过久,会导致细胞失水皱缩。
低温电镜下细胞降温过程,黑色的细胞代表胞内形成了胞内冰
因此,细胞的冻存通常需要在加入保护剂后,用程序降温仪,先以较慢速度降温,在达到某一温度时,快速降至-196℃,并在这一温度长期存储。
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- 编辑:茶博士
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