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科學家揭示麻醉影響大腦機制 望提升手術安全

一項由威爾·康奈爾醫學院與倫敦大學伯貝克學院合作的研究,首次以原子級視角揭示吸入式麻醉劑七氟烷如何與神經細胞中的鈉離子通道結合,使其失活。這項發現有助於深入理解麻醉作用機制,並為未來開發更安全、副作用更少的麻醉藥物提供重要指引。

簡詩雅

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圖/AI 生成示意圖
圖/AI 生成示意圖

威爾·康奈爾醫學院(Weill Cornell Medicine)與倫敦大學伯貝克學院(Birkbeck, University of London)的研究團隊,近日在《Nature Communications》期刊發表突破性研究,首次從原子層面揭示吸入式麻醉劑如何與腦部神經細胞進行互動。這項發現有望為開發更安全、副作用更少的麻醉藥物奠定基礎。

吸入式麻醉劑已問世超過 175 年,但其精確的分子作用機制仍有待深入探索。這項研究發現,全身麻醉(general anesthesia)會導致大腦中的神經元之間訊息傳遞(neuronal communication)方式改變,轉向抑制性傳導(inhibitory transmission),進而引發意識喪失、不動及失憶等麻醉效果。研究人員更特別鎖定七氟烷(sevoflurane)這種常見的吸入式全身麻醉劑進行深入分析。

由於哺乳動物的電壓門控鈉離子通道(Voltage-gated sodium channels, VGSCs,一種控制神經細胞興奮的蛋白質)體積龐大且複雜,難以進行影像分析,研究團隊選擇以細菌中的 Magnetococcus marinus(NavMs)作為研究模型。這種細菌的 VGSCs 功能與哺乳動物通道相似,且適用於 X光晶體學(X-ray crystallography,一種解析分子結構的技術),有助於觀察麻醉劑的具體結合位置。透過飽和轉移差核磁共振光譜(saturation-transfer difference, STD nuclear magnetic resonance spectroscopy)技術,研究人員確認七氟烷可直接與 NavMs 進行交互作用。

電生理學(electrophysiology,透過測量電訊號來研究生物功能的方法)實驗顯示,七氟烷會導致 NavMs 出現穩定態失活(steady-state inactivation)並減緩通道活化後的恢復速度。這意味著神經元變得更難放電,也更難連續快速放電,有效地抑制了神經活動。

研究團隊更在 NavMs 的突變體中發現了七氟烷的結合位點,該位點位於電壓感測區塊與相鄰孔洞模組之間的介面。進一步的電腦模擬對接研究(in silico docking studies)推斷,七氟烷也能與人類 VGSCs 中的同源結合位點結合,這項推斷也透過人類胚胎腎 293T 細胞(human embryonic kidney 293T cells,一種常用於生物醫學研究的細胞株)的電生理實驗獲得證實。這項研究首次以原子級別的清晰度,描繪了七氟烷如何與鈉離子通道結合,並使其維持在不活躍狀態。

Hugh Hemmings 表示:「鈉離子通道對大腦神經元間的訊息傳遞至關重要,而麻醉正是透過破壞這種傳遞來發揮作用。」他強調,作為麻醉科醫師,有責任理解這些藥物的作用方式,以便處理患者對麻醉反應不良的情況。研究共同作者 Karl Herold 則指出,這項研究的洞察力可能讓他們能夠設計出更安全、更具選擇性且副作用更少的麻醉劑。

標籤: # 麻醉劑 # 神經科學 # 鈉離子通道 # 七氟烷 # 威爾康奈爾醫學院
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