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The article examines how high concentrations of cryoprotectants cause severe brain shrinkage during vitrification and discusses new research on whether this dehydration preserves or damages the brain's ultrastructure and connectome.
AI 生成摘要
這篇文章探討了高濃度低溫保護劑如何在玻璃化過程中導致大腦嚴重萎縮，並討論了關於這種脫水現象是否能完整保存大腦超微結構與神經連結組的新研究。
當冷凍保護劑經由腦部血管灌流時，它們穿過血腦屏障的速度無法像水分向反方向移動那樣快。而且冷凍保護劑的滲透壓濃度通常遠高於一般的血漿。例如，冷凍保護劑溶液 M22 的滲透壓濃度大約高出 100 倍。
因此，在一次成功的冷凍保護劑灌流中（不含固定液），水分會從組織衝向血管，導致組織脫水，最終你會得到一個萎縮的腦部，肉眼可見其與顱骨分離。大腦重量會下降 50% 或更多。目前這被視為冷凍保護劑灌流品質良好的徵兆。
。我絕不會因為一種大腦保存方法看起來很怪異就說它行不通。我自己也曾提議，醛類固定（Aldehyde fixation）——這在當代醫學標準下絕對是致命的——。所以我不會在這裡使用「荒謬啟發法」（absurdity heuristic）。
相反地，關鍵問題在於這種嚴重的脫水對大腦中奈米級結構（例如神經元之間的連接）會造成什麼影響，而這些結構被認為是編碼長期記憶資訊的關鍵部分。
先前對這類大腦組織進行影像化的嘗試都遇到了阻礙，。雖然可以看到突觸，但無法清楚辨識單個神經突（neurites）或對其進行追蹤，以確認連接組（connectome）是否完整：
https://www.brainpreservation.org/21cm-cryopreservation-eval-page/ 提供了迄今為止關於玻璃化過程（vitrification）中大腦超微結構變化的最詳細觀察。因此，我自然地研讀了它。
他們如何看待非玻璃化方法？
首先，這篇論文以非常有趣的篇幅回顧了先前關於大腦低溫保存的研究，其中包括來自 的一些原始數據。
作者們對基於冷凍（freezing-based）的方法並不熱衷。他們展示了灌流甘油並緩慢冷凍的兔子大腦電子顯微照片，其中存在巨大的冰晶空腔，嚴重扭曲了組織：
https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.01.28.702375v1.full.pdf他們的立場似乎是，玻璃化——即冷卻而不形成冰晶——是大腦低溫保存唯一嚴肅的可行之路。但玻璃化需要極高濃度的冷凍保護劑，這會導致嚴重的脫水，進而使得評估連接組是否完整保存變得困難。
兔子實驗
他們進行了兩種類型的兔子實驗。
在第一組中，兔子大腦灌流 M22 持續 60 分鐘，進行玻璃化、回溫，然後用仍含有相同濃度冷凍保護劑的溶液固定。這向我們展示了組織在萎縮狀態下的樣子。在高倍率下，他們可以辨識出突觸、線粒體以及看起來在形態上完整的細胞膜。但所有東西都被壓縮了，導致難以清楚區分或追蹤單個細胞突起。這些看起來與之前的玻璃化大腦組織影像相似。
https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.01.28.702375v1.full.pdf在第二組中，兔子大腦灌流 M22 後，在固定前逐漸稀釋回較低濃度的冷凍保護劑——至 5M、3M 或 1M。這是為了測試萎縮在多大程度上是可逆的。
值得注意的是，在我看來，大部分的萎縮預計發生在冷凍保護劑濃度 0 到 ~3M 之間。因此我的理解是，從全濃度的 M22 稀釋回 3M 或 5M 預計不會逆轉大部分的脫水，儘管我也許在這點上理解有誤：
https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.01.28.702375v1.full.pdf無論如何，他們發現當濃度在 5M 時，組織仍然相當萎縮。然而，在逆轉至 3M 後，情況看起來好得多，神經元具有看起來更正常的頂端軸突，並且可以辨識出帶有可見突觸前囊泡的突觸。這可能是他們看起來最好的電子顯微鏡（EM）數據。然而，存在各種形式的損傷，例如波浪狀的細胞內白色空間，我不明白其成因。此外，在放大影像 (C) 的某些地方，我無法真正判斷我看到的是兩個較小的突起還是一個較大的突起：
https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.01.28.702375v1.full.pdf當他們逆轉至 1M 時（圖 10），情況變得有點糟糕。雖然他們可以看到保存良好且具有清晰突觸前囊泡的突觸，但他們也看到了所謂的「爆炸」神經元，他們將其歸因於移除冷凍保護劑過快導致的滲透壓損傷。
https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.01.28.702375v1.full.pdf他們報告說這個問題是可以解決的，方法是在沖洗過程中使用滲透壓調節物質（osmolytes）來平衡細胞內的冷凍保護劑。他們報告說，這可以防止這種超微結構損傷，「即使所有的 M22 都從大腦中沖洗掉」。但這些數據並未呈現在本論文中，而是引用為「Spindler 等人，準備中」。
人類數據
人類數據來自一個單一的大腦，屬於一位 73 歲的癌症晚期患者，他為這項研究捐贈了大腦活檢樣本。他的大腦在保存開始前就已經有顯著的缺血性損傷，包括法定死亡前兩天的瀕死缺氧，以及灌流開始前三小時的冷缺血。這很重要，因為這實際上是一個現實大腦保存條件的例子。
在全腦 M22 灌流後採集皮質活檢樣本，投入液氮中並儲存了四年。隨後將其回溫並以不同方式處理。
一些活檢樣本直接回溫至含有 M22 的固定液中，向我們展示了完全脫水的狀態。正如預期的那樣，它嚴重萎縮且電子密度高，但沒有明顯的冰晶損傷。在電子顯微鏡下，他們可以辨識出突觸和一些看起來完整的細胞膜。
https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.01.28.702375v1.full.pdf人類大腦的其他活檢樣本在固定前被回溫至稀釋的 M22（75% 或 66%）中。利用光學顯微鏡，他們報告說這種部分復水（rehydration）使細胞恢復了其一般特徵形狀，神經突清晰可見。
https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.01.28.702375v1.full.pdf然而，復水後的人類組織僅通過光學顯微鏡進行檢查，而非電子顯微鏡。
嚴重的脫水可能會掩蓋大腦結構的損傷。例如，如果細胞膜破裂，或者由於缺血和灌流期間快速的滲透壓轉移而導致結構流失區域，當所有東西都被壓縮在一起時，我們可能無法察覺。
因為他們展示的人類大腦組織電子顯微鏡影像仍然非常緊湊，我們目前還無法非常有把握地評估此類損傷是否存在。
總結
在大腦保存領域，我們盡可能需要客觀的指標。由 和 提出的一個指標是看是否可能追蹤保存後大腦的連接組。。
在理想的實驗動物設置（兔子）中，關鍵結果是他們展示了部分可逆性（至 3M）以及改善的電子顯微鏡品質，但仍不足以在 2D 影像中看到清晰可追蹤的突起。他們報告說，使用他們開發的新方法，完全沖洗實際上是可能的，這是一個極好的消息。但這取決於尚未發表的工作，我們必須等待未來才能看到。
理想情況下，他們會在未來的工作中展示他們可以可靠地追蹤大腦隨機取樣區域的連接組，這將使純玻璃化方法在理想實驗動物設置中達到與醛類方法同等的水平，並將爭論轉向哪種方法在現實設置下的結構保存效果最好。
在單一人類案例中，他們展示了即使在法定死亡數小時後，基於灌流的玻璃化在至少部分大腦區域是可行的，並且細胞在部分復水後會恢復其一般特徵形狀。但復水後的人類組織僅通過光學顯微鏡檢查，而非電子顯微鏡，因此我們無法判斷在採集此活檢樣本的局部區域，連接組是否可能被追蹤。
這篇論文顯然是一個進步，也是對大腦保存文獻的一個非常重要的貢獻。我想親自感謝作者們的重要工作，也感謝他們解釋了這類方法如何潛在地用於「醫療時空旅行」，這是我完全認同的前提。對於單篇論文來說，它本身並未解決關於基於玻璃化的大腦保存的所有關鍵不確定性，這並不令人意外。