瞻云

2008年1月，伊麗莎白·布萊克本（中）在實(shí)驗(yàn)室做研究

同源性的器官再造，更能大大降低免疫排斥的風(fēng)險(xiǎn)，甚至根除病灶。

無(wú)論古今中外，長(zhǎng)生不老一直是人類(lèi)的終極渴望。它是神話傳說(shuō)的核心，也是科幻小說(shuō)中最熱門(mén)的元素之一。那么，未來(lái)的人類(lèi)，真的有實(shí)現(xiàn)永生的可能性嗎？

回答這個(gè)問(wèn)題之前，我們還需要解答一個(gè)問(wèn)題：人類(lèi)的壽命為什么會(huì)有限？

19世紀(jì)60年代以前，人們一直相信脊椎動(dòng)物的細(xì)胞擁有無(wú)限分裂的能力。直到1961年，美國(guó)微生物學(xué)家萊昂納多·海弗里克的發(fā)現(xiàn)，打破了人們的幻想。通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察，海弗里克發(fā)現(xiàn)，正常細(xì)胞在體外的分裂次數(shù)存在一個(gè)40～60次的上限。這個(gè)上限，又被稱(chēng)為海弗里克極限。

20世紀(jì)70年代，科學(xué)家伊麗莎白·布萊克本等人，發(fā)現(xiàn)了位于染色體末端的端粒結(jié)構(gòu)。端粒可以保護(hù)染色體，并保證基因復(fù)制時(shí)的穩(wěn)定性，但端粒在每次復(fù)制的時(shí)候會(huì)丟失一部分。當(dāng)丟失的端粒達(dá)到極限，細(xì)胞也就不再分裂。端粒的發(fā)現(xiàn)，完美地解釋了海弗里克極限。

端粒酶實(shí)現(xiàn)細(xì)胞無(wú)限分裂？

伊麗莎白·布萊克本等人發(fā)現(xiàn)了能修復(fù)端粒的端粒酶。不同細(xì)胞的海弗里克極限，受限于細(xì)胞端粒的長(zhǎng)度，以及修復(fù)能力。胰島細(xì)胞的海弗里克極限只有十余次，而造血干細(xì)胞的海弗里克極限可達(dá)到100多次。

進(jìn)入21世紀(jì)之后，端粒的研究，已經(jīng)成了生物學(xué)的熱門(mén)領(lǐng)域。2009年，伊麗莎白·布萊克本等人被授予諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。利用端粒酶修復(fù)端粒，是否就能打破海弗里克極限呢？

2016年5月23日，俄羅斯一家人體冷凍公司用假人進(jìn)行冷凍實(shí)驗(yàn)

答案是確定的。胚胎干細(xì)胞和生殖細(xì)胞之所以能無(wú)限分裂，便在于端粒酶對(duì)端粒的修復(fù)。但在正常細(xì)胞中，如果端粒酶過(guò)于活躍，便會(huì)導(dǎo)致癌癥的發(fā)生。而癌細(xì)胞之所以能無(wú)限分裂，同樣在于端粒酶對(duì)端粒的無(wú)限修復(fù)。

/ 納米技術(shù)修復(fù)大腦后，必然影響意識(shí)的連續(xù)性。 /

可否既突破海弗里克極限，又不提高癌癥的得病率呢？這是可行的。2000年前后，研究者引入外源端粒酶對(duì)細(xì)胞染色體端粒進(jìn)行修復(fù)（異位表達(dá)），打造出了沒(méi)有癌化的永生細(xì)胞系。端粒酶的異位表達(dá)擁有廣闊的運(yùn)用前景，甚至有可能為人類(lèi)未來(lái)的永生技術(shù)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

端粒酶分子結(jié)構(gòu)

在遙遠(yuǎn)的將來(lái)，利用端粒酶的異位表達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)永生，并非沒(méi)有可能性。無(wú)脊椎動(dòng)物中，不少動(dòng)物都擁有無(wú)限的理論壽命，例如擁有無(wú)限修復(fù)端粒的能力的龍蝦。

冰晶挑戰(zhàn)人體冷凍

無(wú)論傳說(shuō)還是科幻故事中，總有活了幾個(gè)世紀(jì)的人物。在《人猿星球》《異形》之類(lèi)的科幻電影中，也總是會(huì)出現(xiàn)宇航員通過(guò)冬眠或冷凍技術(shù)跨越超長(zhǎng)時(shí)空的故事。

比起僅僅存在于未來(lái)或科幻電影的冬眠技術(shù)，距離我們更近的反而是人體冷凍。人體冷凍是近幾年來(lái)被熱議且充滿爭(zhēng)議的話題。但實(shí)際冷凍技術(shù)的開(kāi)端源于19世紀(jì)50年代，英國(guó)科學(xué)家詹姆斯·洛夫洛克對(duì)嚙齒動(dòng)物的冷凍實(shí)驗(yàn)。

1955年，有老鼠在被短期冷凍后復(fù)蘇，但其在4～7天后死去。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，人們也發(fā)現(xiàn)了冷凍技術(shù)有著諸多的障礙。在這些障礙中，細(xì)胞內(nèi)冰晶的破壞力尤為致命。

1963年，美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行冷凍時(shí)，如果把溫度降低的速度控制得足夠慢，便可以讓細(xì)胞排除充分的水分，從而避免細(xì)胞內(nèi)的結(jié)冰。

1967年1月12日，第一例人體冷凍實(shí)驗(yàn)開(kāi)始了。20世紀(jì)70年代，人類(lèi)發(fā)展出了控速慢凍技術(shù)?？茖W(xué)家添加冷凍保護(hù)劑的同時(shí)，把溫度降低的速率控制在了1°C/min，在細(xì)胞層面達(dá)到了完好的冷凍效果，令冷凍技術(shù)真正發(fā)展到了實(shí)用階段。

3D打印大腦

控速慢凍技術(shù)被廣泛用于冷凍卵母細(xì)胞、皮膚、血制品、胚胎、精子、干細(xì)胞，以及相關(guān)前沿領(lǐng)域。但此時(shí)，冷凍技術(shù)尚且停留在細(xì)胞層面。

20世紀(jì)80年代，玻璃化技術(shù)開(kāi)始被引入冷凍保存。1999年，玻璃化開(kāi)始用于卵母細(xì)胞的保存。進(jìn)入21世紀(jì)之后，一家醫(yī)學(xué)公司成功對(duì)兔子腎臟進(jìn)行了玻璃化保存，并在復(fù)溫后完成了無(wú)損移植。

玻璃化技術(shù)比起控速慢凍技術(shù)更為先進(jìn)，可以令細(xì)胞組織在冷凍時(shí)的受損降到最低。器官層面的玻璃化冷凍技術(shù)已經(jīng)逐漸成熟，距離臨床運(yùn)用已越來(lái)越近。

玻璃化技術(shù)也早已被用在了人體冷凍上面，2015年，《三體》編審之一的杜虹女士因胰腺癌去世。她托付美國(guó)科研機(jī)構(gòu)阿爾科對(duì)其頭部進(jìn)行了冷凍保存。因此她成為了中國(guó)人體冰凍第一人。

阿爾科保存杜虹女士頭部所用的技術(shù)，便是玻璃化技術(shù)保存。50年后，杜虹女士是否有復(fù)活的可能性呢？答案可能并不樂(lè)觀。

當(dāng)前的人體冷凍案例，無(wú)一例外，全部都是在臨床死亡之后進(jìn)行的人體冷凍。要使喚醒的可能性更高，除非進(jìn)行活體冷凍。但即便突破道德和法律的限制，活體冷凍復(fù)活的可能性也依舊面臨極大的挑戰(zhàn)。

在人體冷凍之前，所有的血液都會(huì)置換成冷凍保護(hù)劑，雖然冷凍保護(hù)劑有利于玻璃化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，但同時(shí)也對(duì)細(xì)胞具有毒性，長(zhǎng)期保存會(huì)對(duì)細(xì)胞造成不可逆的損傷。

除此之外，宇宙中還存在各種各樣的輻射。這些輻射會(huì)對(duì)DNA造成破壞，哪怕再完美的冷凍保存技術(shù)，復(fù)活的時(shí)間上限也不能超過(guò)1000年。而且，玻璃化冷凍的人，在解凍時(shí)，難以完全避免冰晶的形成，這會(huì)對(duì)細(xì)胞造成進(jìn)一步的破壞。

除了在冷凍技術(shù)上著手外，當(dāng)未來(lái)的納米科技發(fā)展到一定地步，理論上是可以使用納米機(jī)器人修復(fù)大腦的。

但納米技術(shù)修復(fù)大腦后，必然影響意識(shí)的連續(xù)性。當(dāng)一顆大腦損傷10%，未來(lái)通過(guò)納米技術(shù)修復(fù)后，保留90%的原來(lái)意識(shí)，我們還勉強(qiáng)能稱(chēng)之為原來(lái)的那個(gè)人。但如果損傷了90%，修復(fù)后只保留了10%，他（她）還是原來(lái)那個(gè)人嗎？

克隆人已在敲門(mén)？

如果說(shuō)人體冷凍復(fù)活技術(shù)距離落地還有一段路要走，那么器官再造對(duì)于人類(lèi)來(lái)說(shuō)，便是觸手可及的。

相較于捐獻(xiàn)器官，再造器官技術(shù)能真正解決人類(lèi)器官移植緊缺的問(wèn)題。同源性的器官再造，更能大大降低免疫排斥的風(fēng)險(xiǎn)，甚至根除病灶。

當(dāng)前最熱門(mén)、且前景最亮眼的器官再造技術(shù)之一，當(dāng)屬治療性克隆。2013年，已經(jīng)有研究團(tuán)隊(duì)掌握了克隆人類(lèi)胚胎分離干細(xì)胞的技術(shù)。2018年，中國(guó)研究者成功克隆出靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物—兩只食蟹獼猴。

隨著打破技術(shù)壁壘的時(shí)間越來(lái)越近，未來(lái)限制人體克隆的將只有法律和道德風(fēng)險(xiǎn)。到時(shí)候克隆人的難度，可能會(huì)比單獨(dú)培養(yǎng)器官更加容易。一系列的社會(huì)問(wèn)題，也可能隨之發(fā)生。

除了克隆技術(shù)外，還可以通過(guò)誘導(dǎo)多能干細(xì)胞培育器官。2006年，日本京都大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)老鼠體細(xì)胞進(jìn)行誘導(dǎo)，將之轉(zhuǎn)化成了多能干細(xì)胞，標(biāo)志著該技術(shù)真正可行。

但比起直接克隆來(lái)說(shuō)，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞往往更加漫長(zhǎng)且低效。小鼠細(xì)胞的誘導(dǎo)需要1～2周，而人體細(xì)胞則需要3～4周，效率僅有0.01%～0.1%。除此之外，在對(duì)供體進(jìn)行多能干細(xì)胞誘導(dǎo)時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致較高的患癌風(fēng)險(xiǎn)。

/ 3D打印器官技術(shù)的難度主要在于器官血管的建造。 /

直到2008年，相關(guān)技術(shù)獲突破之后，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞的研究才有了更多的突破希望。當(dāng)前，誘導(dǎo)多能干細(xì)胞技術(shù)正在往器官再生方向積極探索，例如日本有研究團(tuán)隊(duì)，嘗試通過(guò)誘導(dǎo)多能干細(xì)胞技術(shù)，在豬的身上培植人體器官。

雖然日本在這方面的研究前沿而且大膽，但距離臨床運(yùn)用依舊十分遙遠(yuǎn)。

在所有再造器官技術(shù)中，距離臨床運(yùn)用最近的，可能是3D器官打印。3D器官打印是以生物相容性塑料作為支架，打印相應(yīng)的干細(xì)胞，然后轉(zhuǎn)移到孵化室培育成相應(yīng)的器官。

雖然3D打印技術(shù)在1984年就已被發(fā)明，但直到1990年以后，隨著納米技術(shù)的運(yùn)用，以及生物活性材料技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)才開(kāi)始走入醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，并有了“3D器官打印”的概念。

雖然該技術(shù)已經(jīng)在心臟模型、血管網(wǎng)絡(luò)、皮膚上進(jìn)行過(guò)諸多嘗試，但迄今為止，唯一成功移植的3D打印器官只有膀胱。3D打印器官技術(shù)的難度主要在于器官血管的建造。

血管的主要功能是運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)、氧氣以及廢物，對(duì)維持器官正常的新陳代謝有著至關(guān)重要的作用。而血管尤其是毛細(xì)血管的建造，有著極高的難度，這涉及極其復(fù)雜的幾何學(xué)難題。

除了血管構(gòu)建難度之外，3D器官打印的干細(xì)胞來(lái)源也是一個(gè)問(wèn)題。并不是所有病人器官的干細(xì)胞都能被使用。當(dāng)然，在不久的將來(lái)，治療性克隆技術(shù)以及誘導(dǎo)多能干細(xì)胞技術(shù)足夠成熟，也可以為3D器官打印提供足夠的干細(xì)胞源。

屆時(shí)，器官再生技術(shù)，將進(jìn)入技術(shù)全面爆發(fā)的時(shí)代。