中国“冰封人脑”重大突破，刚刚，科学家们成功地复活了冷冻的人类大脑！

刚刚，科学家成功复活了冰冻的人类大脑！

该技术是低温技术领域的重大突破，为改进神经系统疾病的研究方法铺平了道路。

本月，复旦大学邵志成博士团队的这篇论文也正式发表在Cell子刊上。

论文地址：(24)00121-8

此前，脑组织无法在冷冻和解冻过程中存活。 这个问题给医学研究造成了巨大的障碍。

当然，这仍然无法阻止富人们投入巨资冷冻他们的大脑甚至整个身体，以期在未来复活。

现在，他们的梦想可以实现了！

免疫荧光染色成像揭示解冻的脑类器官

对此，英国伯明翰大学João Pedro Magalhães教授表示感到震惊。

要知道，脑细胞非常脆弱，对压力极其敏感。 然而团队采用的方法却能够成功阻止细胞死亡，甚至让它们保留功能，这不得不说是一个奇迹。

Magalhães教授大胆预测，我们现在可以想象这样一个场景——

几十年或几个世纪后，绝症患者可以被冷冻保存，等待治愈的那一天。

宇航员醒来后可以被冷冻并送往其他星系。

这是一场豪赌。 如果你赢了，你可能会得到永生。

至此，三体似乎即将成真。 云天明的大脑不需要被三体人拦截。 我们可以自己复活他。

图片来源：知乎《五牛传月》

从这一点来看，马斯克很可能会非常喜欢这项研究。 人体冷冻技术可能成为一项可行且巨大的投资。

总体而言，本研究的亮点在于——

团队开发了一种新的冷冻保存方法（MEDY）

MEDY 不损害神经细胞结构或功能

MEDY可用于保存多种脑类器官和人脑组织

这里有一个有趣的问题——大脑解冻后，大脑中的所有信息/记忆会完好无损地保存下来吗？

那么，我们有灵魂吗？

网友：请让我在机器人体内醒来

此消息一出，立即引起网友们的震惊。

“人类冰冻世界的时代即将到来，我们将穿越浩瀚的虚空海洋，每一颗星辰，每一个看不见的角落，都会感受到人类的触摸。”

“这太疯狂了，我们不仅可以扫描人脑，还可以冷冻它们。”

此前，谷歌十年神经科学成果——人类大脑图谱出现在Science上。这张1立方毫米纳米级的人类大脑皮层图谱让人们震惊

一些志愿者表示愿意参加人体试验。

这家伙说他迫不及待地想冻结自己的大脑并在机器人体内醒来。

一旦你睡过奇点，你就会在一个新时代醒来。

“等我老了，把我冷冻起来，推到殖民船上，让我的大脑操作罐子里的机器人。”

因此，如果有人冷冻了爱因斯坦的大脑，我们也许能够复活它。

评论区提及最多的科幻小说是《三体》和《罂粟花宇宙》。

“现在我们只需要一个以1%光速行驶的探测器，它可以依靠自身动力运行数百万年，同时避开空间碎片。三体舰队已经行驶了200年了。”

当然，从实用的角度来看，还需要一个巨大的铅屏蔽来保护大脑免受宇宙辐射。 ”

简而言之，这项研究是如此令人难以置信，它打破了科幻小说与现实之间的障碍。

讨论甚至达到了形而上学的程度。

言归正传，之前那些被低温冷冻的人，还好吗？

目前，美国数百人被冷冻在-196℃液氮罐中，等待复活。最小的被冷冻者仅2岁，费用高达22万美元

有知情网友解释说，这些被冻住的人其实使用的是类似的化学物质。

冷冻整个人与仅冷冻大脑的最大区别在于，冷冻人后，化学物质需要尽快进入大脑的血液系统。 冻结必须逐步进行，防止冰晶形成，而且必须迅速完成，所以任务紧迫。 没有活跃的血液循环，大脑就会很快退化。

当仅冷冻大脑时，这些问题不存在，因为它是小样本。

从技术上来说，这些人的身体并不是“冷冻”，而是“玻璃化”。 一旦身体冷却到零以下，溶液不会结晶，而是变得越来越稠。它就像玻璃块一样，将所有细胞固定在适当的位置，而不会发生任何内部结构变化，因此不会造成损坏

为了确保被冷冻者的未来，阿尔科建立了一个信托基金作为独立实体，以管理和保护冷冻患者的资金，以防数百年后实施人体冷冻的公司倒闭。

冷冻的人脑组织现在可以不受损伤地复活

就在近日，著名科学杂志《新科学家》对这项研究做了专题报道。

复旦大学的一个团队利用人类胚胎干细胞在三周内培育出了大脑类器官。 这些小群的自组织脑细胞可以发育成各种类型的脑细胞。

然后，研究人员将类器官浸泡在不同的化合物中，包括糖和防冻剂，使它们在液氮中冷冻至少 24 小时。

样品解冻后，他们在接下来的两周内监测它们的生长和细胞死亡。

在尝试了各种化合物的组合后，研究人员找到了一种理想的组合，可以使组织解冻时死细胞数量最少，生长速度更快。

这种组合是由甲基纤维素、乙二醇、DMSO和Y27632组成的化学混合物，被研究人员命名为“MEDY”。

有网友在MEDY的成分中发现了“花点”——如果喝了含有这3种成分的洗发水，会长生不老吗？

为什么MEDY可以保存脆弱的脑组织细胞？ 研究人员认为这是因为 MEDY 干扰了通常导致脑细胞死亡的途径。

随后，研究小组对 MEDY 进行了一系列测试，其中包括年龄从 28 天到 100 多天的脑类器官。

冷冻前，将这些器官置于 MEDY 中 48 小时，然后解冻。

研究小组惊讶地发现，解冻的类器官在外观、生长和功能上与同龄从未冷冻过的类器官非常相似！ 即使对于在 MEDY 中冷冻 18 个月的类器官也是如此。

他们甚至创造了一项记录——解冻后，大脑类器官可以继续生长并存活长达150天！

这种组合的有效性已经得到证明：研究人员从一名患有癫痫症的 9 个月大的女孩体内取出了 3 立方毫米的脑组织，脑组织在解冻后至少两周内仍保持活跃状态​​。 状态。

如何保存冷冻大脑

以下是冷冻和解冻大脑的具体步骤。

首先，脑类器官需要在含有10 μM Y27632的培养基中培养1.5小时，然后冷冻保存。

随后，我们需要将其转移到冷冻保存溶液中，并在室温下静置 1/6-5 小时。

这个休息时间取决于大脑类器官的直径。 直径每增加1毫米，室温预处理时间需要延长20分钟。

进行预处理的原因是为了让Y27632充分渗透到器官中，从而减少玻璃化并增加渗透压。

预处理后，可将类器官放入储存管中并在-80℃低温下保存。 24小时后，我们需要将其转移至液氮中长期保存。

冷冻后如何解冻？ 过程是这样的。

首先，从液氮中取出类器官，并尽快在 37°C 下解冻。

然后，我们需要小心地将类器官转移到含有 10 μM Y27632 的 W4 培养基中两天，然后在 37°C 下继续培养。

两天后，每天更换培养基。

从第三天开始，应使用不含Y27632的W4培养基，再培养两天。

最后，将解冻的类器官包裹在基质胶中进行培养。

掌握了以上步骤，我们就可以成功冻结大脑了吧？

论文结果

有效保存皮质类器官

为了解决 3D 脑类器官可靠长期储存的挑战，该团队开发了一种新的冷冻保存方法，其中包括精确控制冷冻介质成分和冻融过程（图 1A）。

为了进一步提高冻存效率，团队测试了候选试剂与ROCK抑制剂Y27632的不同组合，形成新的冷冻介质（CM1–CM4）。

综合起来，CM1（1%甲基纤维素+10%乙二醇+10%DMSO+10μM Y27632）是脑类器官（即MEDY）最好的冷冻介质。

图1 MEDY超低温保存技术的建立

维持功能性细胞结构

脑室区（VZ）和多个皮质层的结构在维持脑类器官功能中发挥着重要作用，冷冻保存后保留这种功能结构至关重要。

研究小组使用 MEDY 将皮质类器官冷冻保存 28 天，解冻后继续培养 3 周，然后对皮质层标记物进行免疫染色（图 2A 和 2B）。

第 50 天，Sox2+ 和 Pax6+ 的 VZ 样结构完全保留在解冻的类器官中（图 2C 和 2D）。 具有正常形态和神经突生长的 MAP2+ 和 Tuj-1+ 神经元均匀分布在 VZ 样区域的外层附近（图 2C 和 2D）。

不仅如此，研究小组还检查了冷冻保存一年半后复活的类器官。 免疫染色显示祖细胞和神经元保存良好，解冻后大多数祖细胞仍处于增殖状态，与正常组相似。

总之，皮质类器官的功能细胞结构在 MEDY 冷冻保存过程中得到了很好的保存。

图 2. MEDY 保护皮质类器官的功能结构

细胞多样性和细胞群

为了探索 MEDY 冷冻保存是否影响基因表达，研究小组进行了整体 RNA 测序，并检查了正常和 MEDY 冷冻保存的类器官的基因表达谱。

结果显示NPC标志物的表达没有显着差异（图3A和3B）。 与神经元相关的基因，包括运动神经元、多层皮质神经元和神经胶质细胞，具有相似的转录谱，表明冷冻保存过程不会引起基因表达的变化（图3A-3E）。

为了研究MEDY冻存类器官的细胞多样性和细胞群，研究小组还进行了单细胞RNA测序。

结果表明，正常和解冻的皮质类器官均含有主要神经细胞群，包括多层皮质神经元、NPC 和神经胶质细胞（图 3F 和 3G）。 其中，NPC的数量没有减少，表明MEDY冷冻保存并没有抑制正常类器官的神经发育过程（图3H和3I）。

图 3. 正常和 MEDY 皮质类器官细胞多样性的 RNA-Seq 和单细胞测序分析。

可以维持功能活动

为了验证解冻的类器官是否仍然具有功能性神经活动，研究小组进行了钙成像实验。

刺激约 20 秒后，可在 MEDY 冷冻保存的类器官中检测到强钙活性（图 4A-4C）。 这些结果表明谷氨酸能突触连接在冷冻保存后得以维持。

为了进一步确认类器官神经网络的电生理特性，研究小组使用微电极阵列（MEA）检测第114天神经元活动的同步性（图4D）。

在正常和解冻的类器官中均检测到同步活动，表明网络爆发保存完好（图 4E-4G）。 类器官的尖峰频率在冷冻保存期间基本不受影响（图4H），并且120秒内激活的电极总数没有差异（图4I）。 网络爆发的数量也没有显着减少，表明类器官中神经元功能连接的复杂性（图4J）。

总体而言，MEDY 冷冻保存本质上保留了冷冻保存的类器官的功能连接性。

图 4. 通过钙成像和 MEA 技术检测正常和 MEDY 皮质类器官的功能活动

多个大脑区域特异性类器官

为了进一步验证MEDY冷冻保存是否可用于维持各种大脑区域特异性类器官，团队分别诱导了GABA类器官、SP类器官和OVB类器官（图5G）。

结果显示，每个类器官中的轴突在第6天左右开始生长，并且MEDY冷冻保存后几乎没有细胞碎片从类器官中释放出来。

此外，GAD67+ 抑制性神经元在解冻后的 GABA 类器官中得到了良好的保护，NKX2.1+ 抑制性祖细胞也受到类似水平的保护。

在 SP 类器官中，Hoxc9+ 细胞表现出与人类胸部 SP 相同的结构特征，并且两组中的丰度相似（图 5I 和 5K）。 NKX6.1+ 腹侧运动神经元祖细胞和 Pax6+ 细胞相似地聚集且丰度相似（图 5H 和 5J）。

在 OVB 类器官中，Pax6+ 和 RX+ 视泡样结构在冷冻保存期间也受到保护，与正常情况类似。

总体而言，各脑区特异性类器官的细胞多样性和结构均得到了良好的保存，表明MEDY冻存技术可广泛应用于不同的神经类器官。

图 5. MEDY 冷冻保存可用于保护长期培养中的皮质和 SP 类器官。

来自患者的脑组织

为了扩大MEDY冷冻保存技术的潜在临床应用，团队基于癫痫患者的诱导多能干细胞（iPSC）制备了脑类器官（图6A）。

从解冻后第 7 天到第 14 天，轴突生长强劲，超过 200 μm（图 6B）。 此外，免疫染色显示神经祖细胞和神经元细胞的细胞群没有异常（图6C-6H）。 这些结果表明 MEDY 冷冻保存可用于储存患者的神经类器官。

推测MEDY还可用于冷冻保存具有病理特征的新鲜患者脑组织，这对于阐明脑部疾病发病机制的基础研究至关重要（图6I）。

结果表明，大小约 3 毫米的脑组织在 MEDY 冷冻保存中存活，因为大量活细胞可以在第 14 天迁移出组织（图 6J）。 此外，大多数神经元和星形胶质细胞保存完好（图6K和6L）。

总体而言，通过 MEDY 可以保存癫痫患者的脑类器官和具有病理特征的活脑组织。

图 6. MEDY 冷冻保存适用于保存癫痫儿童的皮质类器官和活脑组织。

神经保护作用

为了了解MEDY冻存对大脑类器官的神经保护机制，研究小组对MEDY冻存后的皮质类器官进行了全身RNA测序。

结果显示，与非冷冻保存的类器官相比，MEDY 在四个基因（APOL1、IL11、ULBP1、ULBP2）上具有相似的表达水平（图 7G），进一步表明 MEDY 在冷冻保存或解冻过程中可以被抑制。 这些基因的表达可防止类器官细胞凋亡。

这些结果表明 MEDY 冷冻保存可以通过抑制内质网介导的细胞凋亡途径来维持类器官的存活和神经功能（图 7H）。

图 7. RNA 测序揭示 MEDY 冷冻保存技术背后的基因表达变化

关于作者

邵志成，博士毕业于上海交通大学，曾在中国科学院神经科学研究所、阿拉巴马大学、哈佛大学从事博士后研究。

2020年2月加入复旦大学脑科学转化研究院，担任博士生导师、上海东方学者特聘教授。 主要从事体细胞重编程、中枢神经系统再生、精神疾病发病机制研究。

研究团队利用特定疾病类型的诱导多能干细胞，结合3D脑类器官等技术，研究精神疾病的发生发展机制，寻找药物靶点并建立药物筛选平台。

同时利用转分化技术和材料科学制备类器官芯片，探索3D类器官移植治疗中枢神经系统组织再生的新策略。

目前以第一作者和通讯作者在Nature Biomedical Engineering、Nature Neuroscience、Biomaterials、Nature Communications、Cell Reports等国内外重要学术期刊发表多篇论文。

参考：

(24)00121-8