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冬眠为细胞冷藏保存和低温运输打开“利剑”?

发布时间:2020-08-08   点击次数:67次

冬眠为细胞冷藏保存和低温运输打开“利剑”?

冬眠(英语:Hibernation),是变温动物在寒冷的冬天避开食物匮乏等恶劣释然条件的的一个"法宝"。蛇和蛙类;山猫,蝙蝠、刺猬和极地松鼠类;熊类等都有冬眠习惯。冬眠时,动物的神经已经进入麻痹状态,动物体温也显著下降,机体内的新陈代谢变得非常缓慢,仅仅能维持生命状态。

 

动物如何进入低体温冬眠

降低体温可减缓身体的新陈代谢活动,温度每下降1摄氏度,身体活动量就会减少5 %~7%,同时身体消耗氮气等基本营养素的速度也会相应降低,由于失血或心脏骤停导致缺氧的身体组织由此得到一定的保护。从理论上讲,如果体温一直下降,最终生物过程会完全停止,人体开始进入一种假死状态。此时的人体,就像暂时停止走动的时钟,身体完全没有问题,所有的内部“组件”仍然完好无损,只是暂时处于静止状态,只要稍许加热,就能重新动起来。

当然,这只是理论,实践起来并不简单。低体温本身就是很危险的一件事,因为人体需要保持一定的温度,人类终其一生体温都维持在一个相当恒定的温度——37摄氏度左右。维持体温可不轻松,身体必须持续不断地调整,让产热与散热保持平衡。如果体温下降过度,身体皮肤处的血液就会涌向躯干中心,此时你会不自觉地颤抖着缩成一团;当体温降至约33摄氏度时——仅低于正常体温4摄氏度——心脏开始颤动;低于25摄氏度时,心脏就有完全停止跳动的风险。即使躲过体温过低风险的幸存者,在身体渐渐恢复温暖后,也有可能留下肾脏损伤等后遗症。

但是,某些动物却能够承受更低的温度。北极有一种地松鼠,通常情况下保持与人类相似的体温,但进入冬眠后,可在身体中心温度低至零下3摄氏度时生存,而且体液不被冻成固体。那同样的低温为何会导致人类死亡?希望解开人类假死秘密的研究人员可谓倾注了心血。

在20世纪90年代,格罗宁根大学(英文:University of Groningen;荷文:Rijksuniversiteit Groningen;英文缩写:UG)医学中心(UMCG)的亨宁(Robert H.Henning)与他的团队就开始了人类冬眠实验,并于6年前成立了专门的研究小组。模仿动物冬眠有许多实际用途,比如失血是造成患者手术过程中死亡的主要原因,但在低温状态下,冬眠动物受伤后幸存下来的几率要比正常体温状态下高得多,因为较低的代谢率可更好地起到保护身体组织的作用,低温状态下的心脏泵血量也比正常体温状态下少得多。

 

在一次偶然事件中,UMCG团队在这方面取得了很大的进展。一个学生将仓鼠细胞培养液放进冰箱,一个星期后发现仓鼠细胞还活着,并且散发出一股臭鸡蛋味。用于低温保存的一些化合物中有一种被称为胱硫醚β合成酶的酶(CBS),会刺激生产硫化氢分子,从而产生这种特殊的臭鸡蛋味。给仓鼠注射抑制CBS的化学物质,它们就不会进入冬眠状态。如果此时还要强制其进入低温状态,就像人类进入低温状态时一样导致肾脏受损。

受此启发,亨宁(Robert H.Henning)的团队发现了几种可为细胞样本提供长期冷冻保护的化合物。团队已为其中一种化合物ROKEPIE并申请了Patent,它可以使通常需要在37摄氏度下维持生存的细胞,比如人类或老鼠的细胞,加入这种化合物后,可以安全地储存在冰箱里。

ROKEPIE是一种生物调节剂,可在2-8°C下保存细胞和组织。 还有其他保存介质声称与ROKEPIE相同,但是这些解决方案不支持活细胞和组织,甚至有毒。 ROKEPIE之所以与众不同,是因为它是无毒的添加剂,您只需将其添加到组织和细胞中即可。

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