就在剛剛，復旦的科學家們成功了冷凍18個月的人類大腦，直接破了低溫科技領域紀錄，登上了Cell子刊。網友紛紛炸鍋：三體成真了？ ！這個項目，馬斯克看來是要投了。更有人為已經在液態氮罐中凍了幾年的冷凍人惋惜：是不是凍早了？就在剛剛，科學家成功地復活了冷凍的人類大腦！這項技術，是低溫技術領域的重大突破，為改善神經系統疾病的研究方法鋪平了道路。本月，復旦大學邵志成博士團隊的這篇論文，也正式登上了Cell子刊。

論文網址：https://www.cell.com/cell-reports-methods/pdfExtended/S2667-2375(24)00121-8

以前，腦組織是無法在冷凍和解凍過程中存活下來的。這個問題，給醫學研究造成了巨大的障礙。

當然，這依然阻擋不了有錢人的腳步──他們前赴後繼地投入巨資，把自己的大腦乃至整個身體冷凍起來，以期在未來復活。

如今，他們的理想可以成真了！

免疫螢光染色成像技術顯示了解凍的大腦類器官

對此，英國伯明翰大學的João Pedro Magalhães教授表示，自己被震撼了。

要知道，腦細胞是非常脆弱，對壓力極為敏感的。而團隊採用的方法卻可以成功防止細胞死亡，甚至讓它們保留功能，這不得不說是個奇蹟。

Magalhães教授大膽預言，我們現在完全可以想像這樣的場景—

幾十年或幾個世紀後，末期病人可以冷凍保存，等待有治癒方法的那一天。

太空人可以被冷凍，醒來時就已經被送到了其他星系。

這是一場豪賭，賭贏了可能就是永生

至此，看來三體是要成真了，雲天明的大腦不用靠三體人攔截，靠我們自己就能讓他復活。

圖源：知乎“吳牛喘月”

這樣看來，馬斯克大概會非常喜歡這項研究，人體冷凍技術，或將成為可行性龐大的投資。

總的來說，這個研究的亮點就是——

團隊開發了一種全新的冷凍保存方法（MEDY）

MEDY不會破壞神經細胞結構或功能

MEDY可用於保存各種腦類器官和人類腦組織

有趣的問題來了——大腦解凍後，腦中所有的資訊/記憶也會被完好無損地保存嗎？

所以，我們究竟有沒有靈魂？

網友：請讓我在機器人體內醒來

此消息一出，網友們立刻震驚了。

「人類的冰凍世時代要來了，我們將穿越浩瀚的虛空海洋，那裡的每一顆星星，每一個未曾見過的角落，都將感受人類的觸摸。”

“太癲狂了，我們不僅能掃描人類大腦，還能把它們冷凍起來。”

此前，Google的十年神經科學成果——人腦圖譜，登上了Science。人們被這張1立方毫米的奈米級人腦皮質圖震撼到了

已經有志工表示，願意參加人體試驗了。

這位表示，已經迫不及待冷凍自己的大腦，然後在機器人體內醒來了。

一覺睡過奇點，醒來就會身處一個嶄新的紀元。

“等我老了，把我冰凍，推送到一艘殖民船上，讓我的大腦在罐子裡操作機器人。”

所以，如果當初有人冷凍愛因斯坦的大腦，我們或許就能讓它復活了。

評論區被提到最多的科幻，就是三體和波比宇宙。

“現在我們只需要一個1%光速行進的探針，就可以依靠自身動力運行數百萬年，同時還要避免空間碎片。三體艦隊已經走了200年了。”

當然從現實層面講，還需要有一個巨大的鉛罩，來保護大腦免受宇宙輻射的影響。 」

總之，這項研究實在太不可思議了，堪稱打破了科幻和現實的障礙。

討論甚至上升到了玄學。

言歸正傳，之前的低溫冷凍人，他們還好嗎？

目前，美國已有數百人冰封在-196℃液態氮罐中，等待復活。最小的冷凍人只有2歲，費用高達22萬美金

有懂行的網友解釋說，其實這些冷凍人也使用了類似的化學物質。

凍結整個人和只凍大腦最大的不同是，在人冷凍後，需要盡快讓化學物質進入大腦的血液系統。冷凍必須逐漸進行，以防止冰晶的形成，速度必須很快，因此任務緊迫。如果沒有活躍的血液循環，大腦很快就會退化了。

而只凍大腦的時候，因為是小樣本，因此不存在這些問題。

從技術上講，這些人的身體並不是「冷凍」的，而是「玻璃化」的。一旦身體冷卻到零度以下，溶液不但不會結晶，反而會越來越厚。它就像一個玻璃塊，將所有細胞固定在原位，沒有任何內部結構變化，因此不會造成任何損害

為了確保冰凍人們的未來，Alcor公司成立了一個信託基金，作為一個獨立的實體來管理和保護冷凍患者的資金，以防幾百年後實施冰凍公司不在了

冷凍人腦組織，現在可以無損復甦

就在最近，著名科學雜誌New Scientist，也針對這項研究做了一篇專題報導。

復旦大學團隊利用人類胚胎幹細胞，在三週時間內培育出了大腦類器官，這些自組織腦細胞的小簇，就可以發展成各種類型的腦細胞。

然後，研究人員將這些類器官浸入不同的化合物中，包括糖和防凍液，這樣就可以讓它們在液態氮中冷凍至少24小時。

樣本解凍後，他們在接下來的兩週內，監測它們的生長和細胞死亡。

在嘗試了各種不同化合物的組合之後，研究者發現了一種理想組合，讓組織解凍後死亡的細胞最少、生長得更多。

這個組合，就是由甲基纖維素、乙二醇、DMSO和Y27632組成的化學混合物，被研究者命名為「MEDY」。

有網友在MEDY的成分中發現了「華點」──如果喝了有其中3種成分的洗髮水，會長生不老嗎？

為何MEDY能保存脆弱的腦組織細胞？研究者認為，這是因為MEDY幹擾了一個通常會導致腦細胞死亡的路徑。

隨後，團隊對MEDY進行了一系列測試，實驗對象包括從28天到超過100天的腦類器官。

這些器官在冷凍前，都會放入MEDY冷凍48小時，然後再解凍。

團隊驚喜地發現，解凍後的類器官，在外觀、生長和功能上與從未冷凍過的同齡類器官非常相似！即使在MEDY冷凍了18個月的類器官，也依然如此。

他們甚至創造了一項紀錄——解凍後，大腦類器官可以繼續生長，存活長達150天！

這種組合的有效性已經得到了證明：研究者從一名9個月大、患有癲癇的女孩身上取出了3立方毫米的腦組織，腦組織在解凍後至少兩週內，仍然保持著活躍狀態。

冷凍大腦怎麼保存

以下，就是冷凍和解凍大腦的具體步驟。

首先，在進行冷凍保存之前，大腦類器官需要在含有10μM Y27632的培養基中培養1.5小時。

隨後，我們需要將它轉移到冷凍保存溶液中，在室溫下靜置1/6-5小時。

這個靜置時間，取決於大腦類器官的直徑，它的直徑每增加1毫米，室溫預處理時間就需要延長20分鐘。

之所以要進行預處理，就是為了讓Y27632充分滲透到器官內部，進而減少玻璃化現象，增加滲透壓。

預處理完成後，類器官就可以放入儲存管中，在−80°C的低溫下保存了。 24小時後，我們需要把它轉移到液態氮中，進行長期保存。

冷凍完成了，該如何解凍呢？過程是這樣的。

首先，把類器官從液態氮中取出，盡快在37°C下解凍，這個速度越快越好。

然後，我們需要小心地將類器官轉移到含有10μM Y27632的W4培養基中培養兩天，然後繼續在37°C下培養。

兩天後，每天都要更換一次培養基。

從第三天起，就要開始使用不含Y27632的W4培養基，繼續培養兩天。

最後，將解凍後的類器官用Matrigel包裹起來，並繼續培養。

掌握了以上步驟，我們就可以順利冷凍自己的大腦了不是。

論文結果

高效保存皮質類器官

為了解決3D腦類器官長期可靠儲存的挑戰，團隊開發了一種新的冷凍保存方法，包括對冷凍介質成分和冷凍解凍過程的精確控制（圖1A）。

為了進一步提高冷凍保存的效率，團隊測試了候選試劑與ROCK抑制劑Y27632的不同組合，形成了新的冷凍介質（CM1–CM4）。

綜合來看，CM1（1% 甲基纖維素+ 10% 乙二醇+ 10% DMSO + 10μM Y27632）是腦類器官的最佳冷凍介質－即MEDY。

圖1. MEDY冷凍保存技術的建立

維持功能性細胞結構

腦室區（VZ）的結構和多個皮質層在維持腦類器官功能方面起著重要作用，能否在冷凍保存後保留這種功能結構至關重要。

團隊使用MEDY冷凍保存了28天的皮質類器官，並在解凍後繼續培養3週，然後進行皮質層標記物的免疫染色（圖2A和2B）。

在第50天，解凍後的類器官中Sox2+和Pax6+的VZ樣結構完全保留（圖2C和2D）。具有正常形態和神經突生長的MAP2+和Tuj-1+神經元均勻分佈在VZ樣區域的外層附近（圖2C和2D）。

不僅如此，團隊還檢查了冷凍保存1年半後復甦的類器官。免疫染色顯示，祖細胞和神經元得到了良好的維持，大多數祖細胞在解凍後仍在增殖，這與正常組相似。

綜上所述，皮質類器官的功能性細胞結構在MEDY冷凍保存過程中得到了很好的保留。

圖2. MEDY對皮質類器官功能結構的保護

細胞多樣性和細胞群

為了探討MEDY冷凍保存是否會影響基因表達，團隊進行了整體RNA定序，檢查了正常和MEDY冷凍保存類器官的基因表現譜。

結果顯示，NPC標記物的表達沒有明顯差異（圖3A和3B）。與神經元相關的基因，包括運動神經元、多層皮質神經元和膠質細胞，具有相似的轉錄譜，顯示冷凍保存過程沒有引起基因表現的變化（圖3A–3E）。

為了研究MEDY冷凍保存類器官的細胞多樣性和細胞群，團隊也進行了單細胞RNA定序。

結果顯示，正常和解凍後的皮質類器官都包含主要的神經細胞群體，包括多層皮質神經元、NPC 和膠質細胞（圖3F 和3G）。其中，NPC的數量並沒有減少，這表明MEDY冷凍保存並沒有抑制正常類器官的神經發育過程（圖3H和3I）。

圖3. 正常與MEDY皮質類器官中細胞多樣性的RNA定序與單細胞定序分析

功能活動可維持

為了驗證解凍後的類器官是否仍具有功能性神經活動​​，團隊進行了鈣成像實驗。

經過約20秒的刺激後，可以在MEDY冷凍保存的類器官中檢測到強烈的鈣活動（圖4A–4C）。這些結果表明，冷凍保存後谷氨酸能突觸連接仍得以維持。

為了進一步確認類器官的神經網路電生理特性，團隊使用微電極陣列（MEA）檢測了第114天神經元活動的同步性（圖4D）。

在正常和解凍後的類器官中都能檢測到同步活動，顯示網絡爆發得到了良好的保留（圖4E–4G）。類器官的尖峰頻率在冷凍保存過程中基本上未受影響（圖4H），120秒內活化的電極總數沒有差異（圖4I）。網路爆發的數量也沒有顯著減少，這顯示類器官中神經元功能連接的複雜性（圖4J）。

總的來說，MEDY冷凍保存基本上保護了冷凍保存類器官的功能連接。

圖4. 透過鈣成像和MEA技術檢測正常和MEDY皮質類器官的功能活動

多腦區特異性類器官

為了進一步驗證MEDY冷凍保存是否可以用於維持各種腦區特異性類器官，團隊分別誘導了GABA類器官、SP類器官和OVB類器官（圖5G）。

結果顯示，每個類器官的軸突在第6天左右開始生長，且在MEDY冷凍保存後幾乎沒有細胞碎片從類器官中釋放出來。

此外，在解凍後的GABA類器官中，GAD67+抑制性神經元得到了良好的保護，NKX2.1+抑制性祖細胞也處於相似的水平。

在SP類器官中，Hoxc9+細胞顯示出與人類胸椎SP相同的結構特徵，並在兩組中具有相似的豐度（圖5I和5K）。 NKX6.1+腹側運動神經元祖細胞和Pax6+細胞同樣聚集，豐度相似（圖5H和5J）。

在OVB類器官中，Pax6+和RX+視泡樣結構在冷凍保存過程中也得到了保護，與正常相似。

總的來說，各種腦區特異性類器官的細胞多樣性和結構都得到了良好的保存，這表明MEDY冷凍保存技術可以廣泛應用於不同的神經類器官。

圖5. MEDY冷凍保存可用於長期培養的皮質類器官和SP類器官的保護

來自患者的腦組織

為了擴展MEDY冷凍保存技術在臨床上的潛在應用，團隊基於癲癇患者的誘導多能幹細胞（iPSCs）製備了腦類器官（圖6A）。

解凍後第7天到第14天，軸突生長強勁，超過200μm（圖6B）。此外，免疫染色顯示，神經祖細胞和神經元細胞的細胞群體沒有異常（圖6C–6H）。這些結果表明，MEDY冷凍保存可用於儲存來自患者的神經類器官。

據此可以推測，MEDY也能用於冷凍保存具有病理特徵的新鮮患者腦組織，這對基礎研究以闡明腦疾病的發病機制至關重要（圖6I）。

結果顯示，大小約3mm的腦組織在MEDY冷凍保存後存活，因為大量活細胞可以在第14天從組織中遷移出來（圖6J）。此外，大多數神經元和星形膠質細胞得到了良好的保存（圖6K和6L）。

總的來說，透過MEDY可以保存來自癲癇患者的腦類器官和具有病理特徵的活腦組織。

圖6. MEDY冷凍保存適用於癲癇兒童來源的皮質類器官和活腦組織的保存

對神經的保護作用

為了了解MEDY冷凍保存對腦類器官的神經保護機制，團隊對使用MEDY冷凍保存後的皮質類器官進行了整體RNA定序。

結果顯示，與未冷凍保存的類器官相比，MEDY在四個基因（APOL1、IL11、ULBP1、ULBP2）上的表達量相似（圖7G），進一步顯示MEDY可以透過冷凍保存或解凍過程中抑制這些基因的表達來防止類器官細胞的凋亡。

這些結果表明，MEDY冷凍保存可以透過抑制內質網介導的細胞凋亡途徑來維持類器官的存活和神經功能（圖7H）。

圖7. RNA定序揭示了MEDY冷凍保存技術背後的基因表現變化

作者介紹

邵志成，博士畢業於上海交通大學，先後在中國科學院神經科學研究所，阿拉巴馬大學以及哈佛大學進行博士後研究。

2020年2月加入復旦大學腦科學轉化研究院，博士生導師，上海東方學者特聘教授，主要從事體細胞重編程，中樞神經系統再生，以及精神疾病發病機制研究。

主題組利用特定疾病類型的誘導多能幹細胞，結合3D類腦器官(Organoid)等技術，研究精神疾病的發生發展機制，尋找藥物標靶和建立藥物篩選平台。

同時利用轉分化技術，結合材料科學製備類器官晶片，探究3D-organoid移植治療中樞神經組織再生的新策略。

目前，以第一作者和通訊作者在國內外重要學術刊物上發表多篇論文，其中包括Nature Biomedical Engineering、Nature Neuroscience、Biomaterials、Nature Communications、Cell Reports等。

參考資料：

https://www.newscientist.com/article/2431153-frozen-human-brain-tissue-can-now-be-revived-without-damage

https://www.cell.com/cell-reports-methods/fulltext/S2667-2375(24)00121-8