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為什么細胞要凍存在-196度的液氮中?

發(fā)布日期:2023-04-25

從古至今,“永生”幾乎是無數(shù)人的夢想。

那么,人類的自然壽命到底是多少呢?細胞衰退理論認為,人體細胞到30歲達到完全成熟,此后開始走下坡路。所有器官逐漸衰退,每一年下降1%,100年的時間正好完全衰退,再加上之前的30年,人類壽命最長為130歲。

相對于所說的“永生”,在當下能活到100歲的人,已經(jīng)是高壽了。如果不能無限延長壽命,退而求其次,把自己的肉體“冷凍”封存起來,希望到未來某個時刻再“解凍”,倒也是一個美妙的夢想。

冷凍技術(shù)

冷凍技術(shù)在很多生物上都已經(jīng)實現(xiàn),細菌、病毒等低等生物就不用說了,還有人曾經(jīng)嘗試過將活魚在液氮中冷凍,然后取出放置在溫水里,奇跡出現(xiàn)了,冷凍的魚竟然逐漸復(fù)蘇。

然而,如果要上升到人體,也就是人體冷凍技術(shù)(一般在攝氏零下196度以下 / 華氏零下320以下),這還是當今科技尖端的難題,有人把它和曼哈頓計劃、阿波羅計劃、人類基因組計劃并列,堪稱科技奇跡。

有人會提出疑問,人體長時間暴露在零下5攝氏度的環(huán)境中就會被凍傷,那么在零下196攝氏度的環(huán)境中會不會受傷呢?其實接觸到零下196度的液氮,短時間也并不會凍傷人體??茖W(xué)的解釋就是萊頓弗羅斯特現(xiàn)象。萊頓弗羅斯特效應(yīng)是由科學(xué)家萊頓弗羅斯特在1756年提出來的。

萊頓弗羅斯特效應(yīng)就是指液體不會潤濕炙熱的表面,而僅僅在其上形成一個蒸汽層的現(xiàn)象,也就是當液體遭遇極度炙熱時就將化作一層絕緣的氣態(tài)防護層。

簡單來說,水滴在接觸極度炙熱的表面的時候,底部會立刻形成一層水蒸汽,將水滴和熱源隔離開,讓水滴懸浮在空中,外面包裹著一層水蒸氣,水蒸氣的熱傳導(dǎo)性能很差,并且懸浮翻滾散熱,很難吸收更多的熱量,氣化的速度會大大減慢。

其實這個現(xiàn)象在日常生活中很常見,刷干凈鍋,準備燒鍋炒菜的時候,鍋中總有那么幾顆水珠轉(zhuǎn)來轉(zhuǎn)去,著急放油卻沒法放。

換一種情景,人體的溫度是37攝氏度,液氮的溫度是零下196攝氏度,兩者相差233攝氏度,這個時候液氮將會汽化成氣態(tài),并在人體和液氮之間形成一個保護層,保護人體不會被凍傷

細胞儲存

為了將每一種有生命的細胞較好的保存其原有的細胞特性或者長久的保存種質(zhì)資源,實驗人員往往將細胞用特殊配置的細胞凍存液保存于-196℃的液氮中,使得細胞暫時脫離生長狀態(tài),等到實驗需要的時候再從液氮中取出復(fù)蘇應(yīng)用。

每一顆細胞就是一個活的生命體。從人體溫度的37℃到零下196℃,超過200多攝氏度的溫差,直接冷凍會將細胞直接凍死。要在儲存的過程中充分保證細胞的活性,溫控的把控和調(diào)節(jié)至關(guān)重要。

實驗室進行細胞保存是需要加入保護劑,以及按照一定的規(guī)范流程進行操作的,并不是直接扔到液氮中,更不是放到普通冰箱里。

凍卵、凍胚

凍卵和凍胚都是應(yīng)用相應(yīng)的醫(yī)療技術(shù)將其置放在零下196攝氏度極冰冷的液氮環(huán)境下長期保存。與單細胞卵子不同,凍胚在冷凍前還可以進行相應(yīng)的基因篩查診斷,明確胚胎是否有染色體異?;蛘呤菙y帶致遺傳病基因。這樣就可以排除掉異常胚胎,做到真正的“優(yōu)生”。

為什么只有液氮的溫度才能夠保證卵子是活的呢?將卵子放在-196℃極度冰冷液氮環(huán)境下,卵子是處于休眠狀態(tài)的,相當于時間定格在了這里。卵子在里面不會繼續(xù)生長發(fā)育,不會衰老,更不會對其遺傳物質(zhì)造成影響。 

冷凍卵子整個技術(shù)并不復(fù)雜,難點主要在如何將卵子最大程度地保存下來,確保在冷凍過程中不形成任何冰晶體來破壞卵子的結(jié)構(gòu)。

這就需要先進且精密的實驗室以及權(quán)威、有經(jīng)驗的胚胎師,目前最先進的冷凍技術(shù)是玻璃化冷凍技術(shù),這種技術(shù)在冷凍卵子時,會嚴格把控冷凍劑。而凍胚又是什么呢?和凍卵不同,凍胚是直接將受精之后的早期胚胎冷凍,解凍后移殖生育即可。


人體冷凍

人體冷凍技術(shù)大致上可分為兩種,一種是冷凍人的大腦,一種是冷凍人體全身。人體冷凍技術(shù)主要是把人或其他動物身上的血液抽干,在其身上注射化學(xué)化合物,最后將其放置在極低溫下進行低溫保存。

可是,冷凍人真的能復(fù)活嗎?關(guān)于這個問題,阿爾科生命延續(xù)基金會的董事長兼首席執(zhí)行官曼克斯·莫爾是這么說的:“ 我們不能說他們‘復(fù)活’,因為這些人雖然在法律上被宣告死亡,但在這里我們會用醫(yī)學(xué)上尚未核準的標準來判斷,他們只是暫時休眠,就和睡覺一樣,等未來有人把他們喚醒。

目前世界上雖然有多家人體冷凍機構(gòu),但很少有醫(yī)學(xué)機構(gòu)介入。在專家看來,人體冷凍只是一個新的商機,而非醫(yī)學(xué)。

中科院理化技術(shù)研究所研究員、低溫生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)北京市重點實驗室主任劉靜說,人體凍存是低溫醫(yī)學(xué)的最終目標,但目前的人體凍存還主要是一種商業(yè)行為或嘗試:只負責“冷凍”,不負責“復(fù)活”。目前世界上的人體冷凍機構(gòu)能操作的只有冷凍和保管步驟,“復(fù)活”沒有先例,也沒有被提上議程。

中國科學(xué)院院士朱作言說,據(jù)他所知,目前除了成功冷凍細胞或極早期胚胎外,冷凍果蠅、魚等實驗動物,都沒有聽說有成功的先例。

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