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“人工冬眠”技术新进展,一觉睡到外太空不是梦?

2020-08-06 深圳先进技术研究院
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  在科幻电影《太空旅客》里描绘了这样一个脑洞大开的场景:5000名乘客乘坐飞船前往太空殖民地家园2号,每个乘客都被安置在睡眠舱中,进入冷冻休眠状态,这一睡就是120年。

冷冻睡眠舱 图源:《太空旅客》

  这一设定也不无道理,很显然,在真实的太空任务中,降低宇航员能耗可以让太空旅行走得更远,效率更高。美国宇航局(NASA)早前资助了一项“人工冬眠”技术的研发,在漫长的星际旅行中让宇航员进入短期冷冻休眠状态。

  “人工冬眠”真的可以实现吗?乘坐睡眠舱前往太空的旅行离我们还远吗?中国科学院深圳先进技术研究院脑所博士王虹分享其关于大脑对体温调控的论文于2016年发表《科学》(Science)上该项研究的最新进展。

  人体是如何调节体温的?全靠大脑里的“空调”

  要知道如何给人体降温,首先要搞明白人类是如何对体温进行调节的。

  “我们可以把人体想象成一间屋子,而大脑中的神经元就像屋子里的空调,37℃是大脑’空调’的设定温度,当体温高于或低于37℃时,大脑便会下达命令,通过血管、心跳、脂肪、肌肉等组织来调节体温。”王虹解答道。

  研究体温调节的关键就在于大脑中的设定点,例如,在发烧的时候,大脑中的设定点就被调高了,身体为了达到设定的温度,出现强烈的产热,进而导致体温异常升高。

  那么,究竟是大脑中的哪些神经元负责设定人体温度呢?早在19、20世纪,人们就认识到下丘脑是体温调节的中枢,然而,传统电极实验的方法无法精准地找出具体的神经元,王虹团队通过遗传生物学的方法标记出了大脑中的“空调”。

  被“欺骗”的小鼠:两小时内体温下降十度

  为了找出大脑中调节体温的神经元,王虹在德国的同事宋昆通过实验将新生小鼠下丘脑中的神经元挑出来,进行了单细胞培养,给它们一个热刺激,看哪些神经元对热有反应。

实验显示TRPM2神经元是大脑中的温度传感器。图源:深圳先进院

  经过一系列实验后发现,下丘脑中有20%的神经元对热有反应,它们都是表达TRPM2基因的神经元,为了验证TRPM2对小鼠体温的调控作用,王虹团队在正常的成年小鼠身上做了一个实验:给小鼠的大脑注射特定药物和蛋白质,激活TRPM2神经元,同时记录小鼠的体温变化。

  通过红外摄像仪发现,激活TRPM2神经元后,小鼠的体温在2小时内迅速从37℃降低到了27℃,随着药物的代谢,十几个小时后,小鼠的体温又回归到正常水平,并且尚未观察到实验对小鼠的健康有损伤。

小鼠体温在两小时内由37℃下降到27℃。图源:Science,2016

  王虹表示,激活TRPM2神经元相当于“骗”了小鼠,“告诉”它的大脑:你现在太热啦!小鼠就开启了自己的散热程序,虽然真实的环境温度没有变化,但小鼠的体温开始下降。

  这进一步验证了王虹团队标记出来的TRPM2神经元的确对体温起到了调控的作用,而找到这一分子标记物,对下一步的研究起到重要作用,有了分子标记物,便可以在不同的物种上重复这一实验。

  实现体温调控后,休眠太空旅行还远吗?

  小鼠的实验结果在《科学》杂志上发表后,王虹在大鼠身上展开进一步研究。

  你一定会问,小鼠和大鼠有啥区别?实际上,小鼠在冬天本身就是间歇性休眠体质,而大鼠是完全的恒温动物,如果同样的实验也可以降低大鼠的体温,那么就说明这一实验没有物种局限性,在其他的恒温动物身上也可能实现。

  据王虹透露,初步的实验结果显示,激活TRPM2同样可以给大鼠降温,目前还在搜集更多实验数据。与NASA研究“人工冬眠”的目标不同,王虹团队的研究并不是为了把人类送上外太空,而是希望研发一种调控体温的药物,给心脏骤停、中风的病人迅速降温,以此来保护神经系统。

  “数据证明,降低大脑温度能够给神经系统提供最大的保护。而目前的亚低温处理方法以物理降温为主,且仪器复杂,急救时无法便携,我们希望找到药物靶点,通过微创、无创的方法降低病人体温。”

  至于人类能否以冷冻休眠的状态前往外太空,王虹认为目前还不太现实,即便是已经成熟的亚低温处理方法,低温时间都不可超过24小时,否则会出现肺部感染及其他并发症,更不用说长期的太空旅行了。

  看来睡一觉醒来就到太空的故事,暂时还只存在于科幻电影里。

打印 责任编辑:侯茜

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