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为什么细胞要冻存在-196度的液氮中?

发布日期:2023-04-25

从古至今,“永生”几乎是无数人的梦想。

那么,人类的自然寿命到底是多少呢?细胞衰退理论认为,人体细胞到30岁达到完全成熟,此后开始走下坡路。所有器官逐渐衰退,每一年下降1%,100年的时间正好完全衰退,再加上之前的30年,人类寿命最长为130岁。

相对于所说的“永生”,在当下能活到100岁的人,已经是高寿了。如果不能无限延长寿命,退而求其次,把自己的肉体“冷冻”封存起来,希望到未来某个时刻再“解冻”,倒也是一个美妙的梦想。

冷冻技术

冷冻技术在很多生物上都已经实现,细菌、病毒等低等生物就不用说了,还有人曾经尝试过将活鱼在液氮中冷冻,然后取出放置在温水里,奇迹出现了,冷冻的鱼竟然逐渐复苏。

然而,如果要上升到人体,也就是人体冷冻技术(一般在摄氏零下196度以下 / 华氏零下320以下),这还是当今科技尖端的难题,有人把它和曼哈顿计划、阿波罗计划、人类基因组计划并列,堪称科技奇迹。

有人会提出疑问,人体长时间暴露在零下5摄氏度的环境中就会被冻伤,那么在零下196摄氏度的环境中会不会受伤呢?其实接触到零下196度的液氮,短时间也并不会冻伤人体。科学的解释就是莱顿弗罗斯特现象。莱顿弗罗斯特效应是由科学家莱顿弗罗斯特在1756年提出来的。

莱顿弗罗斯特效应就是指液体不会润湿炙热的表面,而仅仅在其上形成一个蒸汽层的现象,也就是当液体遭遇极度炙热时就将化作一层绝缘的气态防护层。

简单来说,水滴在接触极度炙热的表面的时候,底部会立刻形成一层水蒸汽,将水滴和热源隔离开,让水滴悬浮在空中,外面包裹着一层水蒸气,水蒸气的热传导性能很差,并且悬浮翻滚散热,很难吸收更多的热量,气化的速度会大大减慢。

其实这个现象在日常生活中很常见,刷干净锅,准备烧锅炒菜的时候,锅中总有那么几颗水珠转来转去,着急放油却没法放。

换一种情景,人体的温度是37摄氏度,液氮的温度是零下196摄氏度,两者相差233摄氏度,这个时候液氮将会汽化成气态,并在人体和液氮之间形成一个保护层,保护人体不会被冻伤

细胞储存

为了将每一种有生命的细胞较好的保存其原有的细胞特性或者长久的保存种质资源,实验人员往往将细胞用特殊配置的细胞冻存液保存于-196℃的液氮中,使得细胞暂时脱离生长状态,等到实验需要的时候再从液氮中取出复苏应用。

每一颗细胞就是一个活的生命体。从人体温度的37℃到零下196℃,超过200多摄氏度的温差,直接冷冻会将细胞直接冻死。要在储存的过程中充分保证细胞的活性,温控的把控和调节至关重要。

实验室进行细胞保存是需要加入保护剂,以及按照一定的规范流程进行操作的,并不是直接扔到液氮中,更不是放到普通冰箱里。

冻卵、冻胚

冻卵和冻胚都是应用相应的医疗技术将其置放在零下196摄氏度极冰冷的液氮环境下长期保存。与单细胞卵子不同,冻胚在冷冻前还可以进行相应的基因筛查诊断,明确胚胎是否有染色体异常或者是携带致遗传病基因。这样就可以排除掉异常胚胎,做到真正的“优生”。

为什么只有液氮的温度才能够保证卵子是活的呢?将卵子放在-196℃极度冰冷液氮环境下,卵子是处于休眠状态的,相当于时间定格在了这里。卵子在里面不会继续生长发育,不会衰老,更不会对其遗传物质造成影响。 

冷冻卵子整个技术并不复杂,难点主要在如何将卵子最大程度地保存下来,确保在冷冻过程中不形成任何冰晶体来破坏卵子的结构。

这就需要先进且精密的实验室以及权威、有经验的胚胎师,目前最先进的冷冻技术是玻璃化冷冻技术,这种技术在冷冻卵子时,会严格把控冷冻剂。而冻胚又是什么呢?和冻卵不同,冻胚是直接将受精之后的早期胚胎冷冻,解冻后移殖生育即可。


人体冷冻

人体冷冻技术大致上可分为两种,一种是冷冻人的大脑,一种是冷冻人体全身。人体冷冻技术主要是把人或其他动物身上的血液抽干,在其身上注射化学化合物,最后将其放置在极低温下进行低温保存。

可是,冷冻人真的能复活吗?关于这个问题,阿尔科生命延续基金会的董事长兼首席执行官曼克斯·莫尔是这么说的:“ 我们不能说他们‘复活’,因为这些人虽然在法律上被宣告死亡,但在这里我们会用医学上尚未核准的标准来判断,他们只是暂时休眠,就和睡觉一样,等未来有人把他们唤醒。

目前世界上虽然有多家人体冷冻机构,但很少有医学机构介入。在专家看来,人体冷冻只是一个新的商机,而非医学。

中科院理化技术研究所研究员、低温生物医学工程学北京市重点实验室主任刘静说,人体冻存是低温医学的最终目标,但目前的人体冻存还主要是一种商业行为或尝试:只负责“冷冻”,不负责“复活”。目前世界上的人体冷冻机构能操作的只有冷冻和保管步骤,“复活”没有先例,也没有被提上议程。

中国科学院院士朱作言说,据他所知,目前除了成功冷冻细胞或极早期胚胎外,冷冻果蝇、鱼等实验动物,都没有听说有成功的先例。

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