作者:贾利略 陈晓锐 卢意 来源:澎湃新闻 发布时间:2023/5/26 15:24:17
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科学家发现安全无创休眠的“钥匙”

 

如何让一个踏上星际旅行的人进入休眠状态,“暂停”生理活动,以跨越遥远的距离和漫长的时间?

当地时间5月25日在线发表于国际学术期刊《自然-代谢》(Nature Metabolism)的一篇论文提供了一种新的可能的解决方案:被认为找到了一把钥匙,可以无创和安全地诱导动物进入类似蛰眠的状态。

该论文称,实验显示,超声脉冲可诱导小鼠和大鼠出现可逆的冬眠样状态。

论文的标题是《超声波诱导小鼠进入类似蛰眠的低体温和低代谢状态》(Induction of a torpor-like hypothermic  and hypometabolic state in rodents  by ultrasound)。

圣路易斯华盛顿大学生物医学工程系副教授陈红是该论文的通讯作者。

蛰眠(Torpor)是一种类似冬眠的生理状态,也被称为代谢退减状态,在此状态下哺乳动物会抑制代谢,降低体温,并减缓其他生理过程以保存能量。

几十年来,研究人员一直在探索哺乳动物进入“蛰眠”状态的方法,但调节进入该状态的控制机制直到最近才浮出水面。研究人员发现,下丘脑视前区(POA)在诱导休眠过程中起着重要的调控作用。

从20世纪60年代以来,科学界一直在追求实现无创和安全地诱导类似蛰眠的状态。在过去,大量的努力致力于鉴定全身性抑制代谢和诱导类似蛰眠状态的药物。此前,已有学者采用了注射的方式让小白鼠进入类冬眠状态。与其他非药理学和非遗传性神经调节技术(例如,深部脑刺激、经颅磁刺激和经颅直流电刺激)相比,超声刺激具有独特的能力,能够以高空间和时间精度非侵入性地到达动物和人脑的深部脑区域。

在前述最新发表的论文中,研究人员设计了一个超声发射器,安装在可自由活动的小鼠头部,用于向自由移动的小鼠的下丘脑视前区发射超声波。

此外,作者还设计了一个自动闭环反馈控制器来监控核心体温数据,以根据需要发射超声波脉冲。

在实验中,小鼠可以自由获取食物和水。实验结果显示,在超声波脉冲的刺激下,小鼠即时体温下降,同时都伴有心率下降和氧消耗下降,但在2小时内就完全恢复了。作者随后结合超声发射器和一个自动闭环反馈控制器,在体温开始上升时重复发射超声脉冲,从而将实验动物的这一类冬眠状态维持高达24小时,并且实验动物没有被伤害或不适的迹象。

研究发现,这一技术在12只大鼠身上生效了。大鼠通常被认为不会自然冬眠,虽然它们体温仅下降1-2°C。研究人员认为,这表明这一调节代谢反应的生理过程可能在非冬眠哺乳动物身上也存在。 

那么,该方法是否适用于人类自身呢?

在动物界中,能够自然进入类似冬眠状态的动物并不多,尤其是灵长类动物。在过去的研究中,人类发现肥尾侏儒狐猴为了克服热带旱季的食物匮乏问题,可以自然进入休眠。因此,其他灵长类动物(包括人类)在原则上可能具备处理低代谢状态的基因组成。

更大的哺乳动物是否可以像狐猴一样进入休眠?

此前研究发现,在冬季,熊也会出现代谢减退状态,基础代谢率下降高达75%,但对体温的影响不大。因此,即使在比人类更大的哺乳动物中,长时间的低代谢状态也是可能的。

《自然》(Nature) 发表的相关评论文章称,前述最新发表的创新研究,为无创诱导蛰眠铺平道路,“对于这个研究小组来说,这似乎是一小步,但有望成为人类在医学上利用类冬眠状态以及未来深空旅行的一大步。”

但在如何从深度迟钝状态中被唤醒,并重新启动新陈代谢,这一过程的调控机制和方法目前仍然完全未知。

(原标题:未来深空旅行的一大步?科学家发现安全无创休眠的“钥匙”)

 
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