用超声波诱导一种类似昏睡的状态

研究人员利用超声波刺激小鼠大脑中有助于调节体温和新陈代谢的下丘脑视前区，从而诱导小鼠进入冬眠状态。研究结果显示，首次采用无创、安全的方法诱导这种状态;以前曾建议为航天飞行或有危及生命的健康状况的患者提供类似的条件。

　　

   

   

Hong Chen团队使用超声波安全、无创地诱导小鼠、大鼠进入类似冬眠的状态

图片来源:圣路易斯华盛顿大学陈实验室提供

一些哺乳动物和鸟类通过冬眠来保存能量和热量，在此期间，它们的体温和代谢率下降，使它们能够在极端寒冷或缺乏食物等可能致命的环境中生存下来。虽然在20世纪60年代，类似的状态也曾被提议用于宇航员或危及生命的病人，但安全诱导这种状态仍然是难以捉摸的。

圣路易斯华盛顿大学(Washington University in St. Louis)副教授Hong Chen和一个多学科研究小组利用超声波刺激大脑中有助于调节体温和新陈代谢的下丘脑视前区，从而诱导小鼠进入类似冬眠的状态。除了小鼠会自然地进入昏睡状态外，Hong Chen团队还诱导了一只大鼠进入昏睡状态，而大鼠则不会。他们的研究结果发表在2023年5月25日的《自然代谢》(Nature Metabolism)杂志上，展示了第一种非侵入性和安全的方法，通过靶向中枢神经系统来诱导类似冬眠的状态。

Hong Chen,是麦凯维工程学院生物医学工程副教授和医学院放射肿瘤学副教授，这一团队，包括博士后研究员Mack Yang，创造了一种可穿戴的超声波换能器来刺激下丘脑视前区的神经元。当受到刺激时，鼠的体温下降了大约3摄氏度，持续了大约一个小时。此外，小鼠的新陈代谢也发生了变化，从同时使用碳水化合物和脂肪作为能量到只使用脂肪作为能量，这是冬眠的一个关键特征，它们的心率在室温下下降了约47%。

研究小组还发现，随着超声波声压和持续时间的增加，体温降低的深度和新陈代谢的减慢也会增加，这被称为超声波诱发的低体温和低代谢(UIH)。

Chen说:“我们开发了一种自动闭环反馈控制器，通过控制超声波输出来实现长时间和稳定的超声波诱导的低体温和低代谢。”闭环反馈控制器将理想的体温设定在34摄氏度以下，这是先前报道的小鼠自然麻木的关键。这种反馈控制的uh使小鼠的体温保持在32.95℃约24小时，并在关闭超声波后恢复到正常体温。”

为了了解超声诱导的低温和低代谢是如何被激活的，研究小组研究了下丘脑视前区神经元对超声的反应动态。他们观察到，每一次超声波脉冲都会引起神经元活动的持续增加，这与小鼠体温的变化一致。

杨说:“这些发现表明，uh是由下丘脑视前区神经元的超声激活引起的。”“我们发现，经颅刺激下丘脑视前区足以诱导uh，揭示了该区域在协调小鼠的睡眠状态方面的关键作用。”

Chen和她的团队还想找到允许这些神经元用超声波激活的分子。通过基因测序，他们发现超声波激活了下丘脑视前区神经元中的TRPM2离子通道。在各种实验中，他们发现TRPM2是一种超声敏感离子通道，有助于诱导UIH。

在小鼠身上，它不会自然地进入麻木或冬眠状态，研究小组将超声波送到下丘脑视前区，发现皮肤温度下降，特别是在棕色脂肪组织区域，以及核心体温下降约1摄氏度，类似于自然麻木。

Chen说:“uh有潜力解决长期追求的目标，即实现无创和安全的诱导类似休眠状态，这是科学界至少从20世纪60年代以来一直追求的目标。”“超声波刺激具有独特的能力，可以无创地到达动物和人类大脑的深层区域，具有很高的空间和时间精度。”

文章标题

Torpor-like hypothermic and hypometabolic state induced by ultrasound