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如何安全地解冻人体?科学家们要向北极圈的这种蛙类学习

  "冷冻人"究竟是不是骗局?
  随着第一批"冷冻人"复活失败,有关这项技术的争议也越来越大。
  如何将"冷冻人"成功解冻,成了横在这项技术和未来之间的门槛,短期内很难跨越。
  但科学家们似乎并不打算放弃,他们又从自然界找到了新的"缪斯"——一种生活在北极圈以内的木蛙(Rana Sylvatica)。
  哪怕冬季会被冻成"冰块",只要气温开始回升,木蛙也能正常复苏,活蹦乱跳。
  它们身上,究竟藏着怎样的秘密? 木蛙身体的秘密
  木蛙进入冬眠状态后,不但心脏会停止跳动,大脑也会暂停运转。最极端情况下,它能在-18 的严寒中冷冻7个月甚至更久。
  这一特性,令科学家们觉得不可思议。
  正常状态和冰冻的木蛙(左)及其分布范围(右)
  从解冻机制来说,机体在冷冻后之所以无法达到"无损解冻",是因为冷冻和解冻过程都不可避免地会对机体造成不可逆的损伤。
  比方说,血液经冷冻凝固后,很容易使机体因局部缺血导致组织缺氧坏死。而解冻的过程又会促进活性氧(ROS)产生。这种物质对机体细胞有很强的氧化作用,一旦过量,会对细胞造成严重损伤,甚至导致细胞死亡。
  那么,木蛙是怎么躲过这些"伤害攻击"的呢?
  关键,就在它的肝脏里。
  冷冻(左)和解冻(右)过程中的木蛙,黑色部位(i)表示结冰,"h"指示心脏,"l"指示肝脏
  科学家们发现,每年的夏季和秋季,木蛙的肝脏中就会储备大量的肝糖原。等到了冬季,环境温度开始降低,它们的肝脏就会快速分解这些肝糖原,并在体内产生大量葡萄糖,通过提高心率的方式,尽可能地让这些葡萄糖以最快的速度分布全身。
  而葡萄糖恰恰是一种很好的细胞冷冻保护剂,可以在低温环境中避免细胞内部结冰。并且,木蛙的重要器官,如大脑、腹部等核心器官内的葡萄糖浓度会高于骨骼肌或皮肤等外周组织。
  除此之外,科学家们还在木蛙体内发现了一种"冷冻响应蛋白"。这种蛋白属于一种冰结合蛋白,能最大限度地避免细胞内的小冰晶形成大冰晶,进一步降低低温环境下,细胞内冰晶生长对细胞和组织造成的伤害。
  结冰的木蛙
  当然,除了上述这些因素,木蛙还有另一种"保命机制":在低温环境下,通过DNA修饰和转录因子的调节,适度改变某些基因的表达。
  这句话听起来虽然有些抽象,但结合机体上的表现还是很好理解的。
  比如,冷冻状态下的木蛙不可避免要面对氧气缺失的情况,这个时候,木蛙就会下调线粒体中参与有氧呼吸相关基因的表达,使细胞能实现一定程度的"无氧呼吸供能",减少对细胞有害的活性氧产生。
  再比如,木蛙体内还有一种用于调节这些机制的microRNA。在它的调节下,木蛙才能根据环境不同,调整凝血和抗氧化应激相关基因的表达和相关蛋白的稳定性及活性。使木蛙在天气回暖时,降低氧化应激对它造成的危害。 木蛙的特性,正是我们需要的
  科学家之所以会对木蛙产生浓厚兴趣,主要就是看上了它的这种特性。
  美国亚利桑那州遗体冷冻服务机构Alcor发现,"冷冻人"在长期的冷冻状态下,皮肤会慢慢出现一些裂痕。虽然看着不严重,但解冻之后情况会非常糟糕。
  一些"冷冻人"解冻之后,不论是皮肤还是内脏,甚至是骨骼、血管,都会发生不同程度的断裂,几乎无一完整。
  起初,Alcor团队以为这是由于解冻速度快引起的。可当他们放慢解冻速度,却发现,"冷冻人"表面的裂痕虽然少了,但他体内的器官却是损毁最严重的。
  上述的这些表现,究其根源,是没有真正解决"冷冻—解冻"过程中的细胞受损问题。
  诚然,即便是木蛙,也需要一个完整、协调的体系才能实现"冷冻—复苏"的过程。要达到这一步,我们要弄清楚的还有很多。
  "冷冻人"技术的初衷,是为了给那些疑难杂症患者留下一个希望:他们在未来某天复苏后,医疗手段已经可以很好地治愈他们的疾病。
  但愿这不止是一个"希望",而是不久以后的现实。

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