走向器官保存动物对寒冷的抵抗力反映在干细胞上
理化学研究所生物系统动力学研究中心(BDR)的砂川源四郎领导的研究人员表明，动物的干细胞具有与动物本身相同水平的耐寒性。该研究于 8 月 17 日发表在 《Cell Reports》上，重点关注具有不同冬眠样特征的小鼠，结果表明，那些对寒冷具有最佳抵抗力的小鼠的干细胞产生能量的方式与其他小鼠不同。除了这些直接发现之外，该研究还建立了小鼠干细胞作为进一步研究器官保存甚至人类冬眠的实用模型系统。
无论是移动器官进行移植，还是中风后使大脑暂时停滞，寒冷的气温最终都会造成无法弥补的损害。与此同时，冬眠动物可以在体温较低的情况下存活数月，因为它们的新陈代谢变得极其缓慢。砂川和他在 RIKEN BDR 冬眠生物学实验室的团队正在试图了解动物或其器官如何在这些条件下生存。他们没有研究野生冬眠动物，而是使用实验室小鼠，因为遗传变量是可以控制的。新实验的目的是确定小鼠干细胞是否可用于研究器官保存和冬眠。这将为已经开发的用于研究干细胞的实验系统开辟新的领域，并减少在研究中使用活体动物的需要。
尽管小鼠实际上并不冬眠，但它们可以进入短暂的一小时冬眠期，称为“蛰伏”。研究人员测试了近交系实验室小鼠的品系，并通过小鼠达到的最低体温和最低耗氧量来表征麻木状态。他们发现一种菌株具有浅度麻木状态，一种具有深度麻木状态，一种介于两者之间。然后，他们从每个小鼠品系中建立了胚胎干细胞系，并在小鼠体温(37°C / 98.6°F)和低温(31°C / 88.6°F)附近检查了细胞代谢。
细胞以及动物生存所需的能量通过两种方式产生。一种称为糖酵解的方法涉及分解糖分子。这个过程不需要氧气，当我们锻炼并耗尽可用氧气时，我们可以在肌肉中感受到它的副产品。另一种方式称为氧化磷酸化或 OXPHOS，发生在线粒体中并且确实需要氧气。研究人员发现，浅度和中度麻木小鼠的干细胞在较低温度下转为糖酵解，而深度麻木小鼠的干细胞则不然。这些干细胞在所有温度下都保持较高的耗氧率，这意味着尽管寒冷，但不知何故，氧气仍然可用。
最后，研究人员询问他们从干细胞中学到的东西是否真的与成年小鼠相关。他们检查了每个小鼠品系的肝脏组织，发现与干细胞一样，来自深度麻木小鼠的组织不依赖于寒冷中的糖酵解，并保持高度的氧气利用。因此，即使没有处于麻木状态，这些小鼠的组织在较低的温度下也能得到更好的保存。
“我们已经证明，每种菌株独特的对较低温度的独特反应甚至在细胞水平上也得以保留，”砂川说。 “这为对具有麻木能力的动物组织的耐寒性进行 体外研究提供了巨大的机会。” 最终，他们希望能够在任何动物的组织中诱导出类似的抗寒能力。
“从长远来看，该系统的见解将帮助我们开发实现人类冬眠或人体器官冷冻保存的方法。”
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