新華社二月國(guó)外科技新動(dòng)態(tài)匯總（三）

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2018-2-9 青野云麓

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自我修復(fù)蛀牙再生

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對(duì)于牙醫(yī)來(lái)說(shuō)，蛀牙是一道難題。為了挽救牙齒，他們必須進(jìn)一步破壞它。目前，治療蛀牙的主要方式是挖掉腐敗的地方，然后用金屬、聚乙烯或是玻璃膠填補(bǔ)蛀坑。

但如果不在牙齒上鉆孔，而是用合成材料修補(bǔ)牙齒，牙醫(yī)是否可以誘導(dǎo)牙齒實(shí)現(xiàn)自我生長(zhǎng)呢?近日，英國(guó)倫敦國(guó)王大學(xué)生物工程學(xué)家Paul Sharpe和同事發(fā)現(xiàn)了一種在小鼠身上實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法。

Sharpe推測(cè)，通過(guò)讓牙髓中的干細(xì)胞活動(dòng)起來(lái)，可以顯著提高牙齒的自然愈合能力。此前的研究已經(jīng)表明，Wnt信號(hào)通路—— 一種參與細(xì)胞—細(xì)胞交流的串聯(lián)分子，對(duì)修復(fù)皮膚、腸道和大腦等組織和身體很多部分非常關(guān)鍵。Sharpe想要知道：這個(gè)信號(hào)通道對(duì)于牙齒自我修復(fù)過(guò)程是否同樣重要?

若如此，那么讓損傷牙齒接觸可刺激Wnt信號(hào)通路的藥物或能同樣增大牙髓中的干細(xì)胞活性，從而讓牙齒擁有通常僅見(jiàn)于植物、蠑螈和海星等物種的“可再生超能力”。

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為了驗(yàn)證這一想法，Sharpe和同事在小鼠的磨牙上鉆了孔，模仿蛀牙。然后，他們把小膠原海綿(由在牙本質(zhì)中發(fā)現(xiàn)的同樣蛋白質(zhì)制成)浸入各種可刺激Wnt信號(hào)的藥物中，包括一種叫作tideglusib的藥物，該成分在臨床試驗(yàn)中被用于治療阿爾茨海默氏癥和其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病。科學(xué)家隨后將這些浸過(guò)藥物的膠原海綿放置在被鑿穿的小鼠磨牙處，并將其縫合住，然后等待4~6周。

結(jié)果表明，與那些未經(jīng)治療的小鼠或是僅填充未浸泡過(guò)藥物海綿的小鼠，抑或是與傳統(tǒng)的牙齒填充物相比，經(jīng)過(guò)這些藥物治療的牙齒能夠顯著產(chǎn)生更多的牙本質(zhì)。在大多數(shù)情況下，這種技術(shù)能讓小鼠的牙齒恢復(fù)到以前未受損的狀態(tài)?！斑@是一種非常完善的修復(fù)?！盨harpe說(shuō)，“當(dāng)新舊牙齒合在一起時(shí)，你幾乎看不到痕跡。這最終或會(huì)成為牙科領(lǐng)域的首選常規(guī)藥物療法?！?/span>

美國(guó)哈佛大學(xué)教授、生物工程學(xué)家David Mooney并未參加此次實(shí)驗(yàn)，但他也研究了愈合牙齒的新方法。他表示，相關(guān)發(fā)現(xiàn)給他留下了深刻的印象。“這不僅對(duì)科學(xué)家是重要的，而且具有重要的實(shí)踐優(yōu)勢(shì)?！?/span>

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人類(lèi)祖先可能不像猩猩那樣行走

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　 直立行走是人類(lèi)進(jìn)化中重要一步，那人類(lèi)祖先剛開(kāi)始是怎樣行走的?一項(xiàng)國(guó)際研究說(shuō)，與人類(lèi)“近親”黑猩猩、大猩猩利用指背行走不同，人類(lèi)祖先可能沒(méi)經(jīng)過(guò)這個(gè)階段，而是從四肢行走直接進(jìn)化到雙足行走。

　黑猩猩、大猩猩在行走時(shí)，會(huì)用手掌指關(guān)節(jié)背側(cè)面著地，支撐前部體重。由于它們是人類(lèi)的“近親”，有觀點(diǎn)認(rèn)為人類(lèi)也曾從與它們共同的祖先那里遺傳了這種行走方式，經(jīng)歷這一階段后才進(jìn)化到直立雙足行走，這稱(chēng)作指背行走假說(shuō)。

　研究人員利用計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)，分析了黑猩猩、大猩猩從新生兒到成年的大腿骨骼形成過(guò)程等，發(fā)現(xiàn)它們的指背行走方式也有著顯著不同，這是從共同祖先分化為兩個(gè)物種后才各自形成的，這與指背行走假說(shuō)不符。

　研究小組還分析了人類(lèi)祖先的化石，綜合考慮各方面證據(jù)后認(rèn)為，人類(lèi)祖先可能沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)指背行走階段，而是直接從四肢行走進(jìn)化到雙足行走。這對(duì)于解釋人類(lèi)直立雙足行走的起源是非常重要的發(fā)現(xiàn)。相關(guān)論文已發(fā)表在新一期英國(guó)學(xué)術(shù)刊物《科學(xué)報(bào)告》上。

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小鼠實(shí)驗(yàn)揭示避免身體失衡的腦區(qū)

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美國(guó)一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)揭示，一個(gè)被稱(chēng)為“前庭外側(cè)核”的腦區(qū)能在身體快要失衡時(shí)馬上調(diào)節(jié)肌肉和關(guān)節(jié)，穩(wěn)定住重心，對(duì)保持身體平衡發(fā)揮了重要作用。

此前科學(xué)界認(rèn)為，多個(gè)腦區(qū)參與保持身體平衡，但對(duì)哪個(gè)區(qū)域負(fù)責(zé)在失衡后馬上做出反應(yīng)不太清楚。新一期美國(guó)《細(xì)胞報(bào)告》雜志刊登的這項(xiàng)研究說(shuō)，小鼠實(shí)驗(yàn)顯示，腦干中的前庭外側(cè)核有這個(gè)功能。

研究人員讓小鼠在平衡木上行走，然后搖晃平衡木，觀察小鼠的反應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，小鼠身體快要失衡時(shí)，會(huì)伸出一個(gè)爪子拓寬腳間距，以便穩(wěn)定重心，接著會(huì)調(diào)節(jié)一些關(guān)節(jié)和肌肉，將自己拉回到平衡木中間。

　? 對(duì)小鼠大腦的監(jiān)測(cè)還顯示，當(dāng)它們?cè)谄胶饽镜泉M窄路面行走時(shí)，前庭外側(cè)核區(qū)域會(huì)活躍起來(lái);相反在容易保持平穩(wěn)的路面行走時(shí)，該腦區(qū)則處于休眠狀態(tài)。而如果因大腦受損等原因，前庭外側(cè)核無(wú)法發(fā)揮作用，小鼠就難以保持平衡。

科研人員表示，人類(lèi)身體也會(huì)在地鐵列車(chē)突然啟動(dòng)等情況下做出類(lèi)似反應(yīng)，以保持站立狀態(tài)。這項(xiàng)研究表明，這些反射性動(dòng)作是在大腦中前庭外側(cè)核指導(dǎo)下進(jìn)行的，這個(gè)腦區(qū)對(duì)維持身體平衡有重要作用。

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葫蘆娃”星系是尋找系外生命絕佳地

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還記得去年名噪一時(shí)的“葫蘆娃”星系嗎?據(jù)美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)官網(wǎng)5日消息，一個(gè)國(guó)際科研團(tuán)隊(duì)讓地面和空間望遠(yuǎn)鏡協(xié)作，對(duì)距地球僅40光年遠(yuǎn)、包含7顆地球大小行星的TRAPPIST-1行星系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)查。最新研究證實(shí)，TRAPPIST-1是太陽(yáng)系外最適合尋找外星生命的地方。相關(guān)論文發(fā)表于《天文學(xué)和天體物理學(xué)》雜志。

TRAPPIST-1以智利的“凌星行星和星子小型望遠(yuǎn)鏡”(TRAPPIST)命名，該望遠(yuǎn)鏡2016年2月發(fā)現(xiàn)了其內(nèi)兩顆行星，隨后，其他望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了另外5顆行星。

現(xiàn)在，科學(xué)家利用NASA斯皮策望遠(yuǎn)鏡和開(kāi)普勒望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)，更精確計(jì)算出了這些行星的密度，并通過(guò)復(fù)雜模擬，確定該星系的7顆行星主要由巖石構(gòu)成。有些行星中水的質(zhì)量約占行星總質(zhì)量的5%，是地球海洋質(zhì)量的250倍。TRAPPIST-1行星中至少有4顆擁有溫帶氣候，這或許預(yù)示著其上存在海洋、湖泊或河流。當(dāng)然，水在行星上的存在形式，取決于行星從母恒星(質(zhì)量?jī)H為太陽(yáng)的9%)獲得多少熱量，最靠近恒星的更可能是水蒸汽;距離較遠(yuǎn)的則可能是冰。

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分析結(jié)果顯示，TRAPPIST-1e在尺寸、密度以及從母恒星接收的光能量方面，最像地球。此外，至少3顆(d、e和f)行星似乎并不像太陽(yáng)系的氣體巨行星那樣擁有富含氫氣的大氣。氫氣是一種溫室氣體，會(huì)使近距離行星變得炎熱而不宜居。據(jù)哈勃望遠(yuǎn)鏡2016年的觀測(cè)，也未發(fā)現(xiàn)c和d有氫氣大氣，表明這些行星或許擁有類(lèi)似地球、金星和火星那樣更稠密的大氣。而行星g大氣中的氫含量還需更多觀測(cè)來(lái)確定。

上述研究為NASA計(jì)劃于2019年發(fā)射的詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡鋪平了道路，韋伯將深入探索這些行星的大氣層，尋找更重的二氧化碳、甲烷、水和氧氣等，進(jìn)一步揭示其上是否存在生命。

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終端腦神經(jīng)有新功能

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日本理化學(xué)研究所的一個(gè)研究小組利用斑馬魚(yú)進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)終端腦神經(jīng)可控制脊椎動(dòng)物對(duì)二氧化碳的規(guī)避行為。此前，科研人員對(duì)其生理功能不甚了解。

　　當(dāng)動(dòng)物感受到其生命受到威脅時(shí)，往往會(huì)采取規(guī)避行為。小型熱帶魚(yú)斑馬魚(yú)的幼魚(yú)具有通體透明、小型大腦、明確且典型的行動(dòng)等特點(diǎn)，非常適用于研究動(dòng)物規(guī)避行為的神經(jīng)回路。以前的實(shí)驗(yàn)已發(fā)現(xiàn)，斑馬魚(yú)的觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)受到威脅刺激后會(huì)出現(xiàn)逃避行為，但對(duì)其受化學(xué)物質(zhì)刺激采取的逃避行為尚不知曉。

化學(xué)感覺(jué)是多數(shù)動(dòng)物尋找食物、認(rèn)知配偶以及規(guī)避危險(xiǎn)等維持個(gè)體生存和保存種族所必須的。它們將化學(xué)物質(zhì)中的二氧化碳濃度上升作為危險(xiǎn)信號(hào)，并作出相應(yīng)的規(guī)避行為。有報(bào)告稱(chēng)，對(duì)線蟲(chóng)、蠅、鼠等各種動(dòng)物模型的研究發(fā)現(xiàn)，這些動(dòng)物擁有二氧化碳感知器及二氧化碳信息傳達(dá)神經(jīng)回路，但至今為止還不了解魚(yú)類(lèi)如何對(duì)二氧化碳進(jìn)行響應(yīng)。

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研究小組此次用二氧化碳刺激斑馬魚(yú)幼魚(yú)，引起了斑馬魚(yú)明確的規(guī)避反應(yīng)。通過(guò)鈣成像法分析發(fā)現(xiàn)，除嗅覺(jué)系統(tǒng)、三叉神經(jīng)系統(tǒng)、韁核—腳間核神經(jīng)系統(tǒng)之外，終端腦神經(jīng)(終神經(jīng))也出現(xiàn)了強(qiáng)活性反應(yīng)。當(dāng)去除終神經(jīng)和三叉神經(jīng)之后，斑馬魚(yú)對(duì)二氧化碳刺激的應(yīng)答反應(yīng)消失。這意味著從終神經(jīng)至三叉神經(jīng)的神經(jīng)回路參與了動(dòng)物的規(guī)避行為。

　　研究小組今后將對(duì)終神經(jīng)如何處理二氧化碳刺激信息的機(jī)理進(jìn)行分析，以期闡釋包括人類(lèi)在內(nèi)的脊椎動(dòng)物借助終神經(jīng)實(shí)行規(guī)避行為的神經(jīng)基礎(chǔ)。

　　研究成果將于近期刊登在美國(guó)《細(xì)胞報(bào)告》雜志上。