国家眼科研究所的研究人员已经发现了细胞机制，可以帮助13芯地松鼠在冬眠中幸存。他们的研究结果可能是延长人类供体组织储存的步骤，等待移植并保护经历诱导性低温的创伤性脑损伤患者。
在冬眠期间，13线地松鼠接近冰点温度，大大减缓其心率和呼吸。松鼠的组织如何适应寒冷和代谢压力使研究人员感到困惑。
已知易受寒冷的细胞中的结构是微管细胞骨架。细胞内的这种小管网络提供结构支持，并作为一种内部细胞铁路系统，运输细胞器和分子复合物，对细胞的存活至关重要。
在一系列实验中，由NEI视网膜神经生理学部门的高级研究员Wei Li博士和Li实验室的博士后科学家Jingxing Ou博士领导的研究小组比较了非冬眠者的细胞。来自地松鼠的细胞，以确定他们对寒冷的反应差异。他们发现，在地松鼠神经元中，微管细胞骨架保持完整，而它在人类和其他非冬眠动物(包括大鼠)的神经元中恶化。
为了研究支持松鼠冷适应的生物学因素，研究人员创造了“在盘子中的冬眠”。他们从新生的地松鼠身上取出细胞并将它们重新编程成为干细胞，干细胞是能够成为体内任何类型组织的未分化细胞。重要的是，这些实验室制造的细胞，也称为诱导多能干细胞(iPSCs)，保留了成年松鼠细胞的内在冷适应特性，从而为研究各种啮齿动物的细胞如何适应这种细胞提供了一种平台。冷。
接下来，他们比较了来自地松鼠和人类的干细胞衍生神经元的基因表达。冷暴露揭示了线粒体反应的明显差异，细胞器以腺苷，三磷酸(ATP)的形式为细胞提供能量。他们发现冷暴露的人类干细胞衍生的神经元倾向于过度产生代谢的副产物，称为活性氧(ROS)。人体神经元中过多的ROS似乎导致沿着微管的蛋白质氧化，破坏了微管结构。相比之下，地松鼠ROS水平保持相对较低并且它们的微管保持完整。
冷暴露还干扰人类干细胞衍生神经元通过其蛋白质质量控制系统处理有毒氧化蛋白的能力。在正常条件下，溶酶体包裹氧化蛋白质并通过称为蛋白酶的酶消化它们，但在冷暴露的人类神经元中，蛋白酶从溶酶体中泄漏并消化附近的微管。
然后研究人员在冷暴露之前用两种药物治疗非冬眠细胞，以改变冷诱导损伤的过程。其中一种药物BAM15抑制ATP的产生，从而减少ROS的产生。第二种药物抑制蛋白酶活性。
在两种药物中从非冬眠者中洗涤各种细胞类型后，Li和他的团队将它们暴露在4摄氏度下4至24小时。该药物组合保留了人类干细胞衍生神经元中的微管结构和大鼠视网膜 - 眼睛后部的光敏组织。随后的测试显示大鼠视网膜也保持功能。
他们发现药物组合也保留了非神经组织。来自小鼠肾脏的肾细胞中的微管在冷却和复温后显示出改善的结构完整性。
除了对器官移植的影响外，这些研究结果为未来研究可能的治疗应用铺平了道路。例如，诱导低温是在创伤性损伤后保护大脑的常用策略，但是潜在的益处与冷诱导的细胞损伤的潜在危害相权衡。
“通过了解冬眠中寒冷适应的生物学，我们可能能够在未来改善和拓宽诱导低温的应用，并可能延长移植前器官的活力，”李说。“例如，肾脏通常储存不超过30小时。之后，组织开始恶化，损害器官在重新加热和再灌注后正常运作的能力。心脏，肺和肝脏的保质期更短。“
研究结果还表明，来自地松鼠的干细胞衍生神经元可以作为研究冬眠适应的其他方面的平台，这是一个受到限制的研究领域。缺乏转基因动物模型和无法在动物中诱导冬眠。
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