图源：20TH CENTURY FOX via AJ Pics/Alamy

1979年科幻电影《异形》中的“低温休眠舱”，让宇航员在深低温休眠中跨越星际时空，醒来后依旧保持着完好的身心机能。这一经典的科幻桥段，如今正一点点向现实靠近。

此前，研究人员尝试对人类和其他动物（主要是幼年脊椎动物）的脑组织进行低温冷冻和解冻，已证实神经组织能在细胞层面存活，解冻后也能在一定程度上发挥功能。但一直以来，人们始终无法完全恢复大脑正常运转所需的关键生理过程——神经元放电、细胞代谢以及大脑的可塑性。

如今，德国埃尔朗根-纽伦堡大学的研究团队研发出一种小鼠大脑冷冻与解冻的方法，能保留大脑的部分上述生理功能。该研究于3月3日发表在《美国国家科学院院刊》上，详细介绍了研究人员采用的方法——玻璃化冷冻，即通过特殊处理将组织置于玻璃态保存，同时搭配能保护活组织的解冻流程。

大脑冷冻后难以完全恢复功能，核心原因是冰晶形成造成的损伤。冰晶会挤压或刺破脑组织精密的纳米结构，破坏关键的细胞活动。“除了冰晶问题，我们还必须考虑诸多因素，包括渗透压应激以及冷冻保护剂带来的毒性。”该研究第一作者、德国埃尔朗根-纽伦堡大学神经学家Alexander German说。

为了保留大脑功能，研究人员采用了一种无冰晶的低温保存技术——玻璃化冷冻。该技术通过快速冷却液体，让分子在形成冰晶前，就被固定在无序的玻璃态结构中。“我们想探究，当组织处于玻璃态、分子运动完全停止后，其功能是否还能重启。”German表示。

成年小鼠脑切片的玻璃化

研究团队首先在350微米厚的小鼠脑切片上测试了该方法，这些脑切片均包含海马体——大脑中负责记忆和空间导航的核心区域。研究人员先将脑切片置于含冷冻保护剂的溶液中预处理，随后用-196℃的液氮快速冷却，再将其置于-150℃的冰箱中，以玻璃态保存，时间从10分钟至7天不等。

研究团队用温浴溶液解冻脑切片后，对组织进行了分析，检测其是否保留了生理活性。显微镜观测显示，神经元和突触的细胞膜结构完整；线粒体活性检测也表明，组织未出现代谢损伤。神经元的电生理记录显示，尽管与对照组细胞相比存在轻微差异，但这些神经元对电刺激的反应已接近正常水平。

此外，海马体的神经通路还保留了长期增强（LTP），这表明学习和记忆的细胞机制依然正常运作。不过，由于脑切片会自然降解，研究人员的观测时间仅能维持数小时。值得一提的是，研究团队还尝试了小鼠全脑的原位玻璃化冷冻，通过优化灌注策略避免过度脱水或水肿，最终让复温后的大脑切片也成功保留了核心神经功能，为技术向更大尺度推广奠定了基础。

切片玻璃化和再热后突触功能的恢复

这项研究的价值远不止让“低温休眠”的科幻更近一步。它首次证实成年哺乳动物的大脑组织可以在深低温玻璃态下保存，并在复苏后恢复核心功能，大幅提升了人类对大脑低温耐受极限的认知，也为脑科学研究和临床应用开辟了新路径。

German表示，这项研究成果意味着，未来或有望通过该技术在疾病或严重脑损伤后保护大脑，建立器官库，甚至实现哺乳动物的全身冷冻保存。

美国新罕布什尔大学达勒姆分校的研究者Mrityunjay Kothari也认为，这项研究推动了脑组织低温冷冻保存技术的发展，但他也补充道，该技术目前的能力，距离实现大型器官或哺乳动物的长期低温保存仍有巨大差距。