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一项新的研究表明,用电脉冲刺激脑细胞可以帮助治疗糖尿病。图片来源:Kwangmoozaa/shutterstock.com  几年前,一名53岁的男子要求荷兰医生治疗他的强迫症(OCD),医生们随即提出了一种新颖且有希望的外科疗法:植入电极以刺激大脑中参与决策制定、奖励寻求和激励的深层脑组织。这种治疗显然帮助他摆脱了一种长期使用的精神病药物,同时它还带来了一个意外的附加效果——似乎改善了该男子的Ⅱ型糖尿病病情。  如今,研究人员认为他们已经找出了其中的原因。一项新的研究表明,增加多巴胺(一种参与动机和乐趣的神经递质)的活性,能够提高人体处理糖的能力。  并未参与这项新研究的美国马里兰州巴尔的摩市国家药物滥用研究所神经学家Mike Michaelides说,这是第一次在人类身上发现这种通道——之前在小鼠体内曾有类似的发现。对于大多数糖尿病患者来说,这并不能使脑深部刺激(DBS)成为现实,但是针对多巴胺的其他侵入性较低的大脑疗法也许有一天是可行的。  当一个人血液中的葡萄糖或糖浓度长期处于高水平时就会出现糖尿病。当免疫系统破坏产生胰岛素的胰腺细胞时就会产生Ⅰ型糖尿病(通常始于童年);胰岛素是一种让我们的细胞以糖作为食物的激素。Ⅱ型糖尿病通常由不良基因、糟糕的饮食习惯和缺乏锻炼共同导致,它也会损害身体产生胰岛素的能力。随着时间的推移,细胞很难去除血液中的糖,人体需要更多的胰岛素来维持血糖的稳定。这两种糖尿病目前都没有治愈的方法。  为了确定DBS是否为改善该男子糖尿病病情的原因(他从每天注射226个国际单位的胰岛素降到180个),阿姆斯特丹学术医学中心内分泌学家Mireille Serlie及其同事招募该男子做了一项实验。另外还有14名携带针对OCD的DBS植入物的男性和女性——但没有患糖尿病——也加入了他的行列。  Serlie及其同事关闭了DBS设备达17个小时,并测量了受试者的空腹血糖水平和对胰岛素的响应情况。该研究小组5月23日在《科学—转化医学》杂志上报告说,DBS显著提高了所有受试者的胰岛素敏感性。  对小鼠的研究表明,由研究人员刺激的相同决策区域(被称为腹侧纹状体)的神经元所释放的多巴胺,在调节体内葡萄糖的过程中起着关键作用。为了了解人类是否存在类似的机制,Serlie的团队给10名健康男性服用了一种会降低多巴胺水平的药物。研究人员报告说,这些男性的胰岛素敏感性一致降低了,从而支持了两者之间的联系。  该研究小组还使用了光遗传学——利用激光控制活体细胞——刺激小鼠的纹状体神经元。当神经细胞释放更多的多巴胺时,其他细胞从啮齿动物的血液中吸收葡萄糖的速率就会上升。  Michaelides说,小鼠的研究证实了之前他的小组和其他实验室的研究,表明在伏隔核(腹侧纹状体的一部分)中,多巴胺信号在葡萄糖代谢中起着一种关键作用。  哈佛大学医学院外科助理教授在波士顿Nima Saeidi警告说,通过DBS或其他方法瞄准大脑中的多巴胺对于大多数糖尿病患者而言可能不是一个有用的治疗方法,这是因为长期暴露在高浓度的葡萄糖和胰岛素下会显著改变细胞和器官的功能。  Saeidi警告说:“很有可能,作者在这里描述的结果对糖尿病患者来说是不可转移的。”Serlie也同意对一些人来说,细胞损伤可能是不可逆转的。但在疾病的早期阶段,她认为,“这真的可以帮助”提高人体已经形成的胰岛素的有效性。

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《自然—医学》  新方法或使CART细胞疗法更安全  CART细胞疗法是一种前景可观的新型癌症治疗方法,根据本周《自然—医学》在线发表的两项独立小鼠研究,加上白介素-1(IL-1)抑制剂后,该疗法有望更安全地应用于更广的范围。  最近有两种类型的CART细胞疗法获批用于治疗极其难治的癌症形式,另外还有更多类型在临床试验中显示出治疗效果。然而,这些治疗存在严重的潜在副作用——可引起死亡的神经毒性和细胞因子释放综合征(CRS),这些仍是有待攻克的主要难题。  由于缺乏动物模型,人们迟迟未能准确了解CART细胞如何导致这些副作用产生。为了解决这个问题,意大利米兰圣拉菲尔医院—圣拉菲尔科学研究所的AttilioBondanza及其同事改造了小鼠使它们拥有类似人体免疫系统。他们发现CRS和神经毒性都是由炎性分子IL-1引发的,在治疗方案中加入抑制IL-1的阿那白滞素可以阻断该分子。  美国纽约纪念斯隆—凯特琳研究所的MichelSadelain及其同事则使用了另一种小鼠模型,发现CRS是由IL-1和其他炎性分子引起的,并且可以用药物抑制剂进行治疗。除此之外,他们将IL-1抑制剂基因直接插入CART细胞,以此预防而非治疗CRS。  两个独立实验室得出的互补性发现表明,通过阿那白滞素靶向IL-1或改进CART细胞设计可以消除CRS和神经毒性的风险。由于小鼠模型只是近似人类疾病情况,因此这些发现还有待临床试验的验证。  《自然—医学》  生命早期并发症影响遗传风险与精神分裂症关联  根据本周《自然—医学》在线发表的一篇论文,生命早期并发症(ELC)可能通过胎盘影响遗传风险与精神分裂症之间的关联。这些发现突显了理解基因与环境之间的相互作用及其对精神分裂症易感性的综合作用的重要性。  精神分裂症是一种严重的精神障碍,影响全球约百分之一的人口。据了解,遗传在该疾病的发展中起了主要作用,但动物和流行病学研究表明,子宫环境也可能是一种病因。  美国马里兰州利伯脑部发育研究所的DanielWeinberger及其同事分析了2885名精神分裂症患者和健康的对照组被试。在该研究中,所有被试的遗传信息和ELC病史都可用。ELC是在怀孕和分娩期间或儿童生命早期发生的潜在不良事件。作者发现,遗传风险与精神分裂症之间的关联受ELC病史的影响。他们观察到,在存在ELC的情况下,遗传风险解释的精神分裂症的易感性比没有ELC的情况高5倍以上。研究人员还发现,受ELC影响的与精神分裂症相关的基因在胎盘中高度表达,并且在复杂性妊娠中它们的表达倾向于被异常调节。这表明基因和ELC之间的相互作用可能是由胎盘介导的。  作者总结表示,这些研究结果表明为了充分理解并最终治疗精神分裂症,不仅要研究遗传风险,还要注重产前护理和胎盘健康。  《自然—通讯》  欧洲洪灾影响发生变化  根据本周《自然—通讯》发表的一项研究,自1870年以来,洪水淹没面积和受灾人数在整个欧洲都有所增加,但相关的经济损失和死亡人数有所下降。  荷兰代尔夫特理工大学的DominikPaprotny及其同事分析了欧洲的自然灾害历史分析数据库——涵盖了1870年至2016年的数据。他们检查了自1870年以来的1564次洪水事件及其对生命和财产的影响,发现整个欧洲被洪水淹没的地区面积增加了。同期欧洲总人口显著增加(130%),城市人口增幅更大(1000%)。尽管如此,在1950年之前,洪水造成的死亡人数一直呈逐渐下降趋势(每年1.4%)。而在1950年至2016年间,每年减少4.3%。作者发现在财产方面呈现出类似的趋势,在1950年到2016年间,尽管欧洲的整体财富增长了2000%,但洪水造成的经济损失却下降了,每年最大降幅为2.6%。  不过他们也提醒说,以上是全欧洲的整体趋势,各个国家之间存在差异。另外,较小规模的洪水往往报告不充分,因而可能对本地财产损失的趋势判断造成影响。  相应的评论文章指出,为了控制洪水并缓解其经济影响,需要实施有效的适应策略,将防洪基础设施、基于自然的解决方案和风险融资计划综合起来。

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  图片来源:MICHAEL HANSON/AURORA PHOTOS在地球上,植物王国比其他任何生命王国都更有“分量”,它们占据了生物体内储存的所有碳的80%。这只是针对地球上生物量进行的一项全面新调查的惊喜之一,该调查发现拥有最多数量物种的群体,如节肢动物,并不一定是质量最重的。  用碳含量来衡量(析出水等可变分量),地球上的所有生命重约550亿吨。科学家近日在美国《国家科学院院刊》上发表报告称,其中,植物产生了450亿吨碳,其次是70亿吨碳的细菌和12亿吨碳的真菌。动物仅有2亿吨碳,其中有一半是节肢动物,包括昆虫、蜘蛛和甲壳类动物。  科学家表示,尽管人类仅产生了0.06亿吨碳,与磷虾和白蚁相当,但自从人类文明开始以来,人类对生物量的影响却是巨大的。人类与饲养的牛、猪和其他牲畜超过了野生哺乳动物含碳量的20倍;同样,家禽的重量超过了其他所有的鸟类。人类对植物生物量产生了影响,在过去的1万年中,植物生物量已减少了一半。  为了计算出每种生物的生物量,定量生物学家花费3年时间梳理科学文献。但他们最终的目标并不是要弄清生命的重量,而是为了发现地球上最丰富的蛋白质。他们仍在继续研究这个问题(地下微生物给他们提出了一个特殊的挑战),并希望在未来1年能够回答这个问题。

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研究人员拿着染色的眼角膜。图片来源:每日科学网  据美国每日科学网站近日报道,英国科学家以供体干细胞、藻酸盐和胶原蛋白为原料,创造出一种特制的“生物墨水”,并首次采用3D打印技术打印出人眼角膜。这意味着,人类未来可获得无限供应的眼角膜。当然,这种眼角膜用于移植可能还需假以时日。  纽卡斯尔大学组织工程学教授车康恩(音译)领导的团队在近日出版的《实验性眼研究》杂志上报告称,他们将健康人士捐赠的眼角膜干细胞(眼角膜基质细胞)与藻酸盐、胶原蛋白混合,制造出一种能用于3D打印的“生物墨水”,随后使用一台廉价3D打印机,将生物墨水成功挤压成同心圆,最终形成人眼角膜的形状,整个打印过程不足10分钟。而且,研究表明,干细胞可以继续发育。  车康恩表示:“全球很多团队都在努力研制理想的生物墨水,希望使这一过程切实可行。我们的‘秘密武器’是藻酸盐和胶原蛋白混合而成的凝胶,其可以保持干细胞的活力,同时产生足够坚硬(可以保持其形状)又足够柔软(可从3D打印机的喷嘴挤出)的材料。”  研究人员也证明,他们可以通过扫描病人的眼睛获得数据,快速打印出大小和形状合适的眼角膜。  当然,车康恩也指出:“这种3D打印出来的眼角膜还需接受进一步测试,用于实际移植可能还需几年时间。但我们已经证明,使用从人眼获得的材料来打印眼角膜完全可行,这一方法有望解决全球眼角膜紧缺这一难题。”  作为人眼的最外层组织,眼角膜的主要作用是聚焦视线——如果把眼睛比喻为相机,眼角膜就是相机的镜头。目前可供移植的眼角膜极其短缺,全球约有1000万人需要手术来防治由于沙眼等疾病而导致的角膜盲;此外,由于烧伤、事故或疾病引起的角膜功能障碍,导致约500万人完全失明。

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  美国斯坦福大学和韩国首尔国立大学研究人员开发了一种人造感觉神经系统,可以激活蟑螂的抽搐反射,还能识别盲文字母。相关文章发表在近日的《科学》杂志上,这项为假肢创造人造皮肤的工作,是恢复截肢者感觉的第一步,也许有一天可以为机器人提供一些反射能力。  该成果模仿了皮肤如何伸展、修复自身的过程,它像智能感官网络一样,不仅知道如何将愉快的感觉传递给大脑,还知道什么时候命令肌肉做出反射性的及时决定。斯坦福大学化学工程教授、论文资深作者之一鲍哲南说,皮肤是一个复杂的传感、信号和决策系统,人造感觉神经系统是为各种应用创造类似皮肤感觉神经网络的关键步骤。  这篇论文描述的人造感觉神经回路,可以嵌入未来用于神经假体装置和软体机器人的类皮肤覆盖物中。其集成了重要的三个组件——触摸传感器能够检测到很小的外部压力;灵活的电子神经元可以发射信号;人造突触晶体管能感觉信号刺激。其中,生物突触可以传递信号,并可以存储信息以做出简单决定,突触晶体管在人造神经电路中执行这些功能。  小组成员测试了系统产生反射和触觉的能力。在一次测试中,他们将人造神经连接到蟑螂腿上,并对触摸传感器施加微小的压力增量。电子神经元将传感器信号转换为数字信号,并通过突触晶体管将其传递出去,让蟑螂腿随着触摸传感器上压力增大或减小而或多或少地剧烈抽动。在另一项测试中,这种人造神经还能够区分盲文字母。

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有鳞类动物最古老“祖先”的化石标本。图片来源:《自然》  根据英国《自然》杂志近日发表的一篇古生物学论文,科学家确定了所有有鳞动物的最古老“祖先”,其生活在中三叠纪——大约2.4亿年前,在爬行动物历史中处重要位置。该研究同时认为,有鳞动物的起源和双孔亚纲爬行动物的分化,可追溯到二叠纪/三叠纪大灭绝之前,即约2.52亿年前。  有鳞类动物是陆地脊椎动物种类最多的类群之一,包括现今蛇和蜥蜴在内的动物类群。然而,到目前为止有鳞类动物的内部系统发生关系一直存在许多争议,更重要的是,人们一直未能清晰地理解这一类群的起源——因为已知最古老的化石记录,与人们估计的起源时间之间存在7000万年的空白;在有关爬行动物系谱图的研究中,有鳞类动物代表不足;而解剖学和DNA研究提供的最新演化历史也存在冲突。  此次,加拿大阿尔伯塔大学研究人员提阿戈·西摩伊斯及其同事重新检查了之前在意大利阿尔卑斯山发现的名为“Megachirella wachtleri”的化石,并将其重新分到包含有鳞类动物的更大范围分类——鳞龙超目。他们使用高分辨率CAT扫描仪,揭示出了化石骨架中以前未被注意到的特征,包括一个小的下颌骨——只见于有鳞动物。除此之外,研究团队还组建了有史以来最大的化石与现存爬行动物数据集,以评估这块化石在有鳞动物历史中的位置。  研究结果表明,该化石是已知最古老的有鳞类动物谱系成员,比侏罗纪时期已知最早的真正有鳞动物早7200万年左右。这一发现有助于填补我们对于有鳞动物和其它爬行动物起源的认知空白,表明它们在二叠纪/三叠纪大灭绝前后就开始分化。这一事件可能为爬行动物谱系内的分化创造新的机会。

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