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“人工冬眠”技術新進展,一覺睡到外太空不是夢?

2020-08-06 深圳先進技術研究院
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  在科幻電影《太空旅客》里描繪了這樣一個腦洞大開的場景:5000名乘客乘坐飛船前往太空殖民地家園2號,每個乘客都被安置在睡眠艙中,進入冷凍休眠狀態,這一睡就是120年。

冷凍睡眠艙 圖源:《太空旅客》

  這一設定也不無道理,很顯然,在真實的太空任務中,降低宇航員能耗可以讓太空旅行走得更遠,效率更高。美國宇航局(NASA)早前資助了一項“人工冬眠”技術的研發,在漫長的星際旅行中讓宇航員進入短期冷凍休眠狀態。

  “人工冬眠”真的可以實現嗎?乘坐睡眠艙前往太空的旅行離我們還遠嗎?中國科學院深圳先進技術研究院腦所博士王虹分享其關于大腦對體溫調控的論文于2016年發表《科學》(Science)上該項研究的最新進展。

  人體是如何調節體溫的?全靠大腦里的“空調”

  要知道如何給人體降溫,首先要搞明白人類是如何對體溫進行調節的。

  “我們可以把人體想象成一間屋子,而大腦中的神經元就像屋子里的空調,37℃是大腦’空調’的設定溫度,當體溫高于或低于37℃時,大腦便會下達命令,通過血管、心跳、脂肪、肌肉等組織來調節體溫?!蓖鹾缃獯鸬?。

  研究體溫調節的關鍵就在于大腦中的設定點,例如,在發燒的時候,大腦中的設定點就被調高了,身體為了達到設定的溫度,出現強烈的產熱,進而導致體溫異常升高。

  那么,究竟是大腦中的哪些神經元負責設定人體溫度呢?早在19、20世紀,人們就認識到下丘腦是體溫調節的中樞,然而,傳統電極實驗的方法無法精準地找出具體的神經元,王虹團隊通過遺傳生物學的方法標記出了大腦中的“空調”。

  被“欺騙”的小鼠:兩小時內體溫下降十度

  為了找出大腦中調節體溫的神經元,王虹在德國的同事宋昆通過實驗將新生小鼠下丘腦中的神經元挑出來,進行了單細胞培養,給它們一個熱刺激,看哪些神經元對熱有反應。

實驗顯示TRPM2神經元是大腦中的溫度傳感器。圖源:深圳先進院

  經過一系列實驗后發現,下丘腦中有20%的神經元對熱有反應,它們都是表達TRPM2基因的神經元,為了驗證TRPM2對小鼠體溫的調控作用,王虹團隊在正常的成年小鼠身上做了一個實驗:給小鼠的大腦注射特定藥物和蛋白質,激活TRPM2神經元,同時記錄小鼠的體溫變化。

  通過紅外攝像儀發現,激活TRPM2神經元后,小鼠的體溫在2小時內迅速從37℃降低到了27℃,隨著藥物的代謝,十幾個小時后,小鼠的體溫又回歸到正常水平,并且尚未觀察到實驗對小鼠的健康有損傷。

小鼠體溫在兩小時內由37℃下降到27℃。圖源:Science,2016

  王虹表示,激活TRPM2神經元相當于“騙”了小鼠,“告訴”它的大腦:你現在太熱啦!小鼠就開啟了自己的散熱程序,雖然真實的環境溫度沒有變化,但小鼠的體溫開始下降。

  這進一步驗證了王虹團隊標記出來的TRPM2神經元的確對體溫起到了調控的作用,而找到這一分子標記物,對下一步的研究起到重要作用,有了分子標記物,便可以在不同的物種上重復這一實驗。

  實現體溫調控后,休眠太空旅行還遠嗎?

  小鼠的實驗結果在《科學》雜志上發表后,王虹在大鼠身上展開進一步研究。

  你一定會問,小鼠和大鼠有啥區別?實際上,小鼠在冬天本身就是間歇性休眠體質,而大鼠是完全的恒溫動物,如果同樣的實驗也可以降低大鼠的體溫,那么就說明這一實驗沒有物種局限性,在其他的恒溫動物身上也可能實現。

  據王虹透露,初步的實驗結果顯示,激活TRPM2同樣可以給大鼠降溫,目前還在搜集更多實驗數據。與NASA研究“人工冬眠”的目標不同,王虹團隊的研究并不是為了把人類送上外太空,而是希望研發一種調控體溫的藥物,給心臟驟停、中風的病人迅速降溫,以此來保護神經系統。

  “數據證明,降低大腦溫度能夠給神經系統提供最大的保護。而目前的亞低溫處理方法以物理降溫為主,且儀器復雜,急救時無法便攜,我們希望找到藥物靶點,通過微創、無創的方法降低病人體溫?!?/p>

  至于人類能否以冷凍休眠的狀態前往外太空,王虹認為目前還不太現實,即便是已經成熟的亞低溫處理方法,低溫時間都不可超過24小時,否則會出現肺部感染及其他并發癥,更不用說長期的太空旅行了。

  看來睡一覺醒來就到太空的故事,暫時還只存在于科幻電影里。

打印 責任編輯:侯茜

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