几十年来，冷冻保存的概念一直扎根于科幻小说的领域，是让角色飞向未来的常用情节工具。
一个看似无法逾越的挑战是冷冻复杂的生物组织，尤其是大脑，而不造成灾难性的、不可逆转的损伤。
一项开创性的研究如今朝着克服这一障碍迈出了重要一步，成功恢复了冷冻脑组织的功能性活动，这一成就让某些未来主义的可能性变得更加清晰。
冷冻保存大脑的主要障碍一直是冰晶的形成。当水在脆弱的细胞结构中冻结时，这些冰晶会膨胀，刺穿细胞膜，扰乱复杂的神经元网络，并最终破坏构成思维、记忆和意识基础的连接。这种破坏使解冻后的组织无法发挥任何有意义的功能。
然而，德国埃朗根-纽伦堡大学的神经学家团队通过采用一种称为玻璃化的技术绕过了这个问题。这个过程冷却组织如此之快，以至于完全阻止了冰的形成。细胞内部和周围的液体不是结晶，而是转变为无定形的玻璃状状态，保存了组织的结构，所有分子运动都有效停止。
该团队将此方法应用于小鼠海马体的薄切片——海马体是学习和记忆的关键区域——用液氮将其冷却到零下196摄氏度（约零下321华氏度）。然后，这些样本在这种玻璃状态下储存了从十分钟到整整一周不等的时间。
真正的考验来自复温。研究人员细致地解冻了脑切片，然后探测它们是否还有任何生命迹象。显微镜分析显示，精致的神经元和突触膜完好无损地存活了下来。
进一步的测试表明，线粒体——细胞内负责新陈代谢的微小能量源——功能正常，没有损伤迹象，根据发表在《美国国家科学院院刊》上的最新研究。
该团队能够记录来自神经元的电活动。细胞对电刺激的反应方式接近正常，尽管与未冷冻的对照组样本相比有一些适度的偏差。
最重要的是，研究人员观察到了长时程增强（LTP）的证据，这是一个涉及突触加强的过程，被认为是学习和记忆的细胞基础。这一发现表明，不仅单个神经元是活的，而且一些构成认知基础的复杂功能性回路也完好无损。
为了实现这一突破，德国研究团队从对记忆至关重要的小鼠海马体薄切片开始。这些切片被浸泡在一种强效的冷冻保护剂鸡尾酒中，并逐步引入以防止休克。一旦完全装载，切片就被迅速浸入由液氮冷却的铜圆柱体上。在这种状态下，所有分子运动完全停止长达一周。
复温与冷冻同样关键。为了防止组织在恢复为液体状态时形成冰，切片以每秒80摄氏度（176华氏度）的惊人速度在温溶液中加热。解冻后，强效的化学鸡尾酒被小心地洗掉，这种方式防止细胞因吸水过快而破裂。
然后，该团队尝试将整个小鼠大脑变成玻璃状状态。一个主要障碍是血脑屏障——大脑的天然防御系统。它让水轻易通过，但会阻挡冷冻保护剂的大型分子。研究人员的解决方案是将保护性化学物质和载体溶液交替灌注到大脑的血管中。这种方法均匀地装载了组织，没有引起灾难性脱水或后来的致命肿胀。
复温后，团队对组织进行了一系列严格的测试，以判断其是否存活。他们测量了耗氧量，以确认细胞的动力源——线粒体——仍在工作。他们使用强大的电子显微镜检查了神经元之间的精细连接（称为突触）是否保持完整。至关重要的是，他们植入了微型电极来刺激细胞并监听反应。
值得注意的是，不仅单个神经元能够对刺激作出反应，而且构成学习和记忆基础的复杂回路仍然在运作。观察仅限于几个小时，因为脑切片在解冻后会自然降解，而且工作是在薄的组织切片上完成的，而不是完整、活的大脑。
专攻低温生物学的机械工程师 Mrityunjay Kothari 告诉《自然》杂志：“这种进步正是将科幻小说逐渐转化为科学可能性的方式。”然而，他补充说，诸如大型器官或哺乳动物的长期库存储存等应用仍然“远远超出了这项研究的能力范围”。
尽管如此，对健康和医学的影响是显著的。这项研究开辟了在严重脑损伤或疾病期间保护大脑的新途径，其中诱导一种保护性的、暂停的状态可以为治疗赢得宝贵时间。它还表明，研究人员可能允许将捐赠的大脑用于研究的长期储存，或者更现实地说，用于移植的其他复杂器官。
这项研究提供了迄今为止最令人信服的证据，表明其基础科学正在缓慢地构建。
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