科学家们通过防止冰晶通常会造成的微观损伤，在安全冷冻和复苏脑组织方面迈出了重要一步。
如果可以将活体组织冷冻数年甚至数十年，之后再将其复苏而不丧失功能，那会怎样？为了实现这一目标，科学家们从一个意想不到的灵感来源——西伯利亚蝾螈——身上找到了答案。这种体型很小的两栖动物能够在地球上最严酷的寒冷环境中生存。
据一些报道，西伯利亚蝾螈能在接近零下50度的低温下保持冬眠状态，并能在永久冻土层中被困数十年之久。一旦环境回暖，它们便会恢复正常活动。研究人员表示，其中的奥秘在于这种动物非凡的天然“防冻”系统。
蝾螈的肝脏会产生甘油，这种醇类物质可以降低体内冰点，帮助保护细胞和组织在冻融过程中免受损伤。如果没有这种保护，极寒天气通常会对生物体造成毁灭性打击，因为冰晶会在组织内部形成。
“冰晶的形成是极寒天气通常对生物体造成严重危害的原因，”埃尔兰根大学医院分子神经病学系的亚历山大·格尔曼博士解释说，“这是因为冰晶会对细胞造成机械损伤，从而破坏组织中敏感的纳米结构。”
组织液凝固成玻璃状状态
人类胚胎也可以通过极低温冷冻保存多年。为了实现这一点，需要用化学物质处理细胞，这些物质类似于甘油，可以阻止冰晶的形成。 “当冷却到零下130度以下时，组织也会凝固，”格尔曼说，“然而，细胞内部和细胞间的水分会转变为类似玻璃的状态。”玻璃和冰一样是固体，但它的分子排列是随机的，而不是像晶体那样有序排列。
这个过程被称为玻璃化冷冻。然而，迄今为止，研究人员仍无法以某种方式冷冻神经组织，甚至整个脑区，使其在解冻后恢复功能。一个主要障碍是，该过程中使用的防冻物质可能对脆弱的细胞具有毒性。脑组织尤其脆弱，因为它包含数亿个神经细胞，这些细胞通过无数称为突触的微小连接点相互连接。神经元通过这些连接进行通讯。
优化防腐剂和冷冻工艺
早期的玻璃化冷冻技术会破坏这种复杂的网络，并损伤突触。即使细胞本身存活下来，保存下来的结构也无法正常工作。 “然而，我们已经优化了防腐剂的成分和冷却工艺，从而确保神经组织保持完整，”格尔曼强调说。
研究团队在脑组织切片上测试了这种方法。他们运用该方法将啮齿动物大脑中负责记忆存储的海马体冷却至零下130摄氏度。 “我们利用电子显微镜图像证明，冷冻过程并未改变组织的纳米结构，”German说道。 “解冻后，海马体中自发地再次形成了电信号，并正常地在神经网络中传播。”
神经细胞的功能远不止于恢复信号传导。埃尔兰根-纽伦堡大学（FAU）生理与病理生理学研究所（所长：克里斯蒂安·阿尔茨海默教授）的脑研究员方铮博士发现，神经细胞突触处也能触发长时程增强（LTP）。 LTP是一种关键的细胞过程，在这个过程中，经常使用的突触会变得更强，从而更有效地传递信息。 “这种机制对于学习过程和新记忆内容的存储至关重要，”方铮博士说道。
不治之症的治疗能否安排在未来进行？
该研究开发的方法似乎能够使脑组织在长期内保持功能状态，并在之后进行检测，以验证其是否仍然有效。例如，在一些癫痫患者的手术中，外科医生会切除神经细胞。这类样本可以保存多年，用于药物测试。病变组织的冷冻保存也有助于神经退行性疾病的研究。
亚历山大·格尔曼也希望，有朝一日能够将整个生物体置于某种形式的人工休眠状态，并在长时间后将其唤醒。 “例如，这可以成为太空旅行的一种选择，或者用于治疗目前尚无有效疗法的疾病，”他说道，“因为在未来，或许会出现能够帮助患者的治疗方法。”
