冷冻“复活术”常出现在科幻小说里,描述科学家以某种方法将人体迅速冷冻,然后在将来某个时间再解冻、复活。一些科学家一直在研究冷冻技术的可能性。
器官银行
如果一名患者需要一个新的肾脏、心脏或者其他器官,他面临的首先是等待。导致这种问题的主要原因有两点:一是很少有人捐献健康的器官;二是器官储存很难。比如,肾脏离开人体后在4℃的环境中只能存活2天,而心脏的保存时间只有4个小时。目前,在0℃以下浸泡在特殊溶液里的器官能保存1~2天,但时间还是很紧迫,因为有时候医生给患者配型和分析就要两三天。
利用深低温保存的方法来延长器官的保存时间,是现在最可行的办法。如果科学家能够找到方法让器官冷冻,而且还能无损解冻,那么在不久的将来,也许能看到医生在“器官银行”里挑选合适的器官供患者使用。这个想象渐渐变得真实起来。科学家利用深低温保存的方法成功地将人体的精子、卵子等生殖细胞冷冻保存,并且解冻后还具有生育能力,比如最著名的“精子银行”。医生将精子细胞取出后,放到特定的容器内降温,最后封存在液态氮罐内。
冷冻处理可以让人体的细胞和组织里的化学过程减慢,从而阻止器官的退化。
液态氮是深度冷冻细胞的理想材料,因为它的温度很低(-196℃),而且温度能够保持不变。我们常能看到-196℃的液态氮在沸腾,这可不是因为液态氮温度变高,而是液态氮接触到的物体(储存它的罐子、放在它里面的物体,甚至接触到的空气)给液态氮传递热量,导致它沸腾。但是,液态氮的温度不会因沸腾而升高,它在沸腾时仍保持恒温。
虽然现在科学家还只是冷冻几个小小的细胞,但在不久的将来就会把完整的器官冷冻保存,建成“器官银行”。
解冻的困难
冷冻是容易的,但解冻后的器官能不能恢复原来的样子呢?
如果把一根香蕉扔到液态氮中,仅仅几秒钟,被冻的香蕉就坚硬得可以当榔头把铁钉钉入木板。随后,冻香蕉融化了,会变成一团黏稠物。
水结冰时体积会增大。当细胞内的水分冻结成冰,冰体膨胀,穿透细胞膜,导致细胞严重破损。这就是为什么深度冷冻后的香蕉融化时会变成一团稀糊糊——冰晶使香蕉细胞裂开,它原来的细胞和结构不复存在。和香蕉类似,人体含有60%~70%的水分,如果就这么马虎地将器官或者人体放入冷冻库里冷冻,那么未来解冻后的样子就惨不忍睹了,更别说复活了。
为了防止“香蕉惨案”在人体冷冻中上演,科学家想了种种方法。对于前面提到的精子、卵子、胚胎等细胞,科学家可以利用甘油来阻止细胞结冰。甘油不仅能够防止细胞里的水结冰,还能防止细胞收缩和死亡。但甘油不能用于器官保存,因为细胞有渗透作用,甘油虽然能保护细胞,但细胞与细胞之间会形成冰晶,从而影响器官保存。
科学家需要在第一时间阻止器官结冰,《永生!》一文中所称的玻璃化技术就应运而生了。2000年,美国查尔斯顿细胞与组织系统的迈克·泰勒和他的同事将兔子一段5厘米长的静脉玻璃化。解冻后,这段静脉能够保留大部分功能。两年后,美国加州冷冻保存研究公司的格雷·费伊和他的同事将兔子的肾脏玻璃化10分钟,解冻后移植到另一只兔子身上。在被当作试验品解剖之前,这只肾移植的兔子生存了48天。