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仁济科普|《流浪地球》领航者号空间站上的地

时间:2019-05-04 16:42来源:未知 作者:admin 点击:
最近热映的科幻电影《流浪地球》讲述了一个集齐全人类资源推动地球逃离日益恶化的太阳系的故事,按照计划,地球将流浪2500年直至在太阳系最近的恒星比邻星轨道上重建新家园。仔

  最近热映的科幻电影《流浪地球》讲述了一个集齐全人类资源推动地球逃离日益恶化的太阳系的故事,按照计划,地球将流浪2500年直至在太阳系最近的恒星——比邻星轨道上重建新家园。仔细观看影片的亲们肯定注意到了这样一条信息: “领航者号空间站上保存着30万枚人类受精卵,近百万枚植物种子以及地球上全部物种的DNA图谱”。作为B方案的火种计划竟是要将这些火种运送到比邻星系,假如刘培强没有驾驶空间站去点燃木星,这些种子和人类受精卵流浪到新星系后是否还能安然无恙,继续使用呢?空间站上,这些植物的种子和人类胚胎应该保存在什么样的环境中才能安全度过如此漫长的流浪之旅?

  目前国内发现的寿命最长且播种后仍能出芽繁衍的植物种子是古莲子,它们分别由日本和中国科技工作者于泥炭土层中发掘,经碳14测定,寿命超过1千年。此外据报道在加拿大的冻土层中还发现了寿命超过一万年的羽扇豆种子。此类发现告诉我们,要想使种子具有较长的寿命,就必须将种子与外界环境隔离开来,使其处于低温、低湿且低氧的环境中。目前世界上最著名三大植物种子库有挪威斯瓦尔巴特种子库、英国皇家植物园邱园以及中国西南野生生物种质资源库。斯瓦尔巴特种子库利用挪威永久冰川冻土层的天然优势将近百万份种子保存在-18℃的地窖中,而英国邱园和我国西南野生生物种质资源库是将种子经低温干燥(温度15℃、相对湿度15%)标准化处理后保存于-20℃的低温环境中。种子在入库前都必须经过低温干燥,否则在冷冻储存过程中会因内部形成冰晶而死亡。根据英国皇家植物园种子信息库的预测,标准化处理后的小麦和水稻均能存活上千年。

  由此可见,就植物种子自身的耐储藏特性结合当前的植物种子保存技术,领航者号上的植物种子保存两千年余年基本没有问题,那30万枚人类受精卵需要经过什么样的处理又储存在什么样的环境中呢?

  当前人类受精卵或胚胎需要以“休眠”状态保存于超低温的液氮(-196℃)中,液氮为受精卵或胚胎的长期冷冻保存提供了低温、无毒、稳定的安全环境。在此环境中,受精卵或胚胎基本停止一切呼吸代谢和物质代谢,以“休眠”状态处于一个恒定的环境中。但是,在投入液氮前受精卵或胚胎需要经过一系列复杂的冷冻处理,需要使用冷冻保护剂逐步脱水,并严格控制降温速度以及冷冻保护剂的体积。1983年科学家们就利用二甲基亚砜作为冷冻保护剂冷冻了一枚卵裂期胚胎,复苏后移植并获得了妊娠,此后又有科学家分别利用甘油和丙二醇作为冷冻保护剂冷冻复苏人类受精卵或胚胎并获得了满意的妊娠率[1]。随着新的冷冻保护剂的发现以及冷冻技术的发展,人受精卵和胚胎的冷冻保存技术也日趋成熟。

  目前最常用的胚胎冷冻方法主要包括程序冷冻方法和玻璃化冷冻方法两种。这两种方法都可以使用渗透性冷冻保护剂(丙二醇、甘油等)和非渗透性冷冻保护剂(蔗糖等)对胚胎进行逐步脱水处理(类似植物种子的低温干燥处理)。最早开始推广使用的是程序冷冻方案,其基本过程是将胚胎放入含有一定浓度的冷冻保护剂的冷冻液中处理后,慢速降温(0.2~2.0℃/min)至一个较低的温度(-35-80℃)[1]。降温过程中胚胎会持续脱水,随后将胚胎投入-196℃的液氮中保存。

  液体在冷冻过程中可形成两种状态:玻璃体和晶体。晶体中的分子处于一种有序排列状态,而玻璃体中的分子仍处于液态状态中的无序状,原有的结构顺序没有发生改变。程序冷冻法的实质是使冷冻标本的细胞外液形成冰晶,细胞内液充分脱水后达到玻璃化的状态,而玻璃化冷冻法则是采用了更高浓度的冷冻保护剂处理受精卵和胚胎,快速降温从而让细胞内外液均达到玻璃化的状态[1]。由于培养液在玻璃化冷冻过程中没有形成冰晶,冷冻后仍能保持其溶液状态的分子和离子分布,在解冻时冷冻液也不会在液态和晶体形态间来回转换,从而避免了冰晶对胚胎的物理损伤。

  已有文献报道,与程序冷冻技术相比,玻璃化冷冻的卵母细胞、卵裂期胚胎、囊胚期胚胎解冻后能获得更高的复苏率。目前从国内外获得的短期随访数据来看,玻璃化冷冻复苏的胚胎移植后出生的新生儿,出生缺陷无明显增加,身长体重也无明显异常[2]。本中心从十年前开始使用玻璃化冷冻方式冷冻胚胎,采用玻璃化冷冻胚胎的方法解冻后复苏的胚胎获得了很高的存活率,近两年的统计数据显示卵裂期胚胎冷冻后再复苏存活率超过98%,囊胚期胚胎冷冻后复苏存活率超过99%。此外,本中心近几年累积的数据也表明移植解冻后的囊胚期胚胎能获得更高的临床妊娠率。可见,玻璃化冷冻保存技术已经是当前比较成熟且高效的胚胎冷冻保存方法。

  因此,人类受精卵或胚胎在经冷冻保护剂处理后长期储存于液氮恒定环境中理论上是安全可靠的(当然,若储存在空间站上还需要隔离辐射,超强保温罐,液氮自动添加装置等设备以应对复杂的外太空环境)。“种子”和“土壤”是“造人”所需的最重要的条件,“种子”和“土壤”同样重要!再次提醒广大有孕育需求的孕龄期的女性,越早“种子”和“土壤”越好!对于已经有冷冻胚胎储存在我们中心的准妈妈们,需要快点来唤醒你们的宝宝!

  [1].黄国宁等.辅助生殖实验室技术[M].北京:人民卫生出版社,2014:176-184

  上海交通大学医学院附属仁济医院建于1844年,目前总核定床位2000张。仁济医院生殖医院中心是上海最大的生殖中心之一,也是中国前十大生殖中心之一。获批建立上海市生殖与优生技术中心,上海市辅助生殖与优生重点实验室,上海市人类辅助生殖技术培训基地,是交大不孕不育专病诊治中心牵头单位。年门诊量超过30万人次,年IVF周期数超过10000,临床妊娠率持续居上海市第一。2018年上海市成立人类辅助技术生殖质控中心,挂靠仁济医院。

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