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生命有 Take Two ?

2019/4/10 — 18:46

圖片來源:Jair Lázaro, unsplash

圖片來源:Jair Lázaro, unsplash

萬物皆有時,所有人都難免一死,偏偏古今中外都有人想盡辦法去避開死亡。可是除了尋找長生不老藥之外,還有什麼方法可以令人延年益壽,甚至起死回生呢?對於世人來說,似乎「只要信,神蹟便會發生」:而近代其實有不少科學研究令人「復活」的方法,例如以前曾經有醫生把病人身體通電,嘗試刺激神經來「喚醒」重度昏迷患者;到近年有人找公司將自己身後遺體冷藏,希望未來的醫療科技能把自己解凍後再醫治,達成起死回生的願望!在講解各種研究復活的實驗之前,先定義一下死亡。

古今死亡定義

查閱《柯林斯英語詞典》(Collin’s English Dictionary),“Death” - 死亡解作人或動物的生命永遠終止 “the permanent end of the life of a person or animal” 。當一個生命體的關鍵維生功能無法恢復,意思就是他/牠/它不能逆轉地喪失「作為一個整體發揮作用的能力」,這個狀況就是死亡。古時,人們以為心臟藏着具生命力的靈魂,當心臟停止跳動就是死亡的主要指標。而死亡的概念隨著醫學和科技發展而演變。現今,心跳和呼吸停了還可以靠藥物、機器還有器官移植來暫時逆轉「死緊」的過程。要判斷一個人死亡,已不再只是看病人心跳和肺部呼吸是否停止,而是要檢查腦幹是否死亡,腦幹細胞是不可再生,或者再生能力有限的細胞,所以腦幹死亡並不能逆轉,意味著腦部控制維生的功能永遠終止。目前醫學上公認的標準,腦幹死亡代表腦死亡,而「腦死了」的人就是「死了」[1]。如果生死之間的分界隨着科技進步而可以不斷「向後移」,令死亡一刻本來明確的事件,拖延成一個可以看作是漸進的衰老或病變的步向死亡過程。那麼,復活的方法也將可以去得「很盡」。

細胞逆轉凋亡便可復活

人體約有 3.72 x 1014 個細胞 [2],想將整個人復活,需先由細胞層面入手。二十世紀末,越來越多科學家研究細胞凋亡 (Apoptosis) 機制,這是細胞的預設自我毁滅過程,一個普通成年人身體內每天就有數以十億計的細胞依照寫好在 DNA 中的劇本自動消失。這過程的「劊子手」半胱氨酸蛋白酶 (Caspases) 除了會分解細胞內所有蛋白質之外,還會激活核酸内切酶 (Endonucleases) 將 DNA 瓦解,所以當這凋亡程式一旦開始,細胞可以說是必死無疑。但是,最近十年有突破性發現,原來在適當的狀況下細胞凋亡是可以逆轉的,例如當導致細胞凋亡的壓力(化學/物理/生理)出現,只要能在短時間內移除這些壓力,便可把站在死亡邊緣的細胞「拉回來」,這現象叫細胞凋亡逆轉 (Anastasis)(圖一),細胞可以說是復活了 [3]

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圖一/細胞凋亡與凋亡逆轉

圖一/細胞凋亡與凋亡逆轉

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不論是細胞凋亡或是復原,都涉及各種酶反應。而溫度越低生化反應就會越慢,這意味着如果將細胞在適合條件下冷凍,或可令細胞進入「休眠」狀態,不生長、不衰老,也不死亡。在微生物學實驗室,我們有很多機會用到冷凍方法來保存細菌細胞。但做法並非如將蔬果放進雪櫃那麼簡單,而是通常先將丙三醇(俗稱甘油,英文:Glycerol )加入細菌培養中,然後在攝氏零下 80 度低溫保存,菌種就可以留待日後解凍再用來做實驗。

理想的冷凍過程

當溫度下降至低過冰點,水會結晶成冰。甘油是一種抗凍劑,分子中的氫氧基 (-OH group) 與水分子產生氫鍵,防止冰晶形成。冷凍速度必須不快不慢,讓細胞達至「局部脫水」狀態才可避免結構受損 (參看圖二)。甘油需要時間經細胞膜進入細胞,同時水會因為滲透壓離開細胞,到一段時間後會達至「平衡」,即是在細胞內外部份的水被甘油取代而體積沒有大改變。當溫度繼續下降,沒有凍結的部分-溶質會因為黏度變得極高,最後凝固成非晶體 (amorphous solid) 。若冷凍速度太快,細胞內仍有大量的水,甘油濃度則未夠高,導至細胞內冰晶過大和過多造成損傷。相反,若冷卻得太慢,則令細胞過度脫水,內部溶質濃度過高造成溶液效應 (solution effect) ,也會破壞細胞內部和細胞膜。

圖二/細胞因應冷凍速度的生存率的函數

圖二/細胞因應冷凍速度的生存率的函數

由細胞到複雜生物的冬眠與復活

自然界有些生物能夠利用儲藏在體內抗凍蛋白或醣類作為抗凍劑,在氣溫低於冰點時保護身體。有些則會冬眠盡量將新陳代謝和能量消耗降到最低,等天氣回暖時甦醒。上世紀五十年代有科學家做過實驗,將倉鼠的體溫慢慢降至稍稍低於攝氏零度達一小時,令倉鼠身體僵硬,心跳和呼吸都停止了,然後硏究人員將牠解凍,結果倉鼠短暫復活了後因為腹部內出血死亡 [4],這實驗結果又一次顯示冷凍一整隻動物的難道之高。

讓人長期休眠或復活真的可行?來到現代,有美國和俄羅斯公司推出死後軀體冷凍服務,過程包括將血液換成抗凍劑將屍體玻璃化 (Vitrification),防止人體組織受損,屍體便可長期在攝氏零下 196 度超低溫保存 (Cryopreservation)。雖然,目前尚未有人知道未來科技有沒有可能喚醒這些人,但是,到目前已有約三千人正在被冷凍保存,或許未來醫療科技真的能將身體解凍後復活和治療,讓生命無限延續。假設將來的技術可以將人的軀殼「翻新」,但是意識、記憶、性格又能否復原呢?當日有否上傳到電腦或雲端留待未來下載呢?還有他的身份,未來世界又會如何幫他適應完全陌生和孤獨的環境?還是當他如實驗室老鼠般關起來觀察?

也許不用一百年,隨著幹細胞技術、 3D 打印身體組織、甚至基因編輯等等的發展,現在聽起來似是科幻小說的復活橋段,大概有朝一日真的會實現。冷凍人或者期望活在一個更公平公義和更先進的未來社會,那麼前設是現在我們能商討有關道德和倫理問題,並盡快達到共識如何妥善運用這些科技。

資料來源:
Steven Laureys, Death, unconsciousness and the brain, 1 November 2005
Smithsonian Magazine, There are 37.2 Trillion Cells in Your Body, 24 October 2013
Sun, G., Guzman, E., Balasanyan, V., Conner, C. M., Wong, K., Zhou, H. R., ... & Montell, D. J. (2017). A molecular signature for anastasis, recovery from the brink of apoptotic cell death. J Cell Biol, 216(10), 3355-3368.
Smith, A.U. (1957). Problems in the Resuscitation of Mammals from Body Temperatures Below 0 degrees C. Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences, 147, 929. 

原文刊於作者博客

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