在夏季,酷热让人们感到极度不适。但人体可以适应高温并减轻其影响。热适应对于常常暴露在极端温度下的作战人员尤为重要。然而,没有简便的方法来判断某人何时已经适应或从热应激中恢复。为了应对此问题,DARPA(国防高级研究计划局)提供了一个价值1770万美元的竞争性合同,用于开发一种非侵入性技术,可以提供热适应的客观生物测量。

农业、健康与自然资源学院(CAHNR)运动机能学教授Elaine Choung-Hee Lee正领导康涅狄格大学与波士顿大学的合作。波士顿大学是该合同的主要得奖者,而康涅狄格大学是次奖者。DARPA SNAP(智能非侵入性生理检测)计划的目标是开发客观测试各种领域作战人员准备情况的非侵入性方法,包括热适应。

目前,判断某人是否已经适应高温需要测量其直肠温度、心率和汗液反应,这是一个繁琐且相对侵入的过程。波士顿大学团队正在开发一种一次性可穿戴的纸质传感器,该传感器将使用唾液样本中的生物标志物(各种小分子)来预测某人在高温条件下的表现。唾液基础纸质测试对于军事用途特别有吸引力,因为这种样本可以在现场采集,不需要像针头这样的额外设备。“唾液样本的多个方面都非常有趣,”Lee说。

Lee的实验室将用他们从人类受试者、在知情同意的情况下,收集的样本来测试传感器的效力,并确定使用哪些生物标志物。“这是非常有价值的,因为我们需要展示这个工具能够检测恢复和适应性,”Lee说。在实验室中,参与者被暴露在约104华氏度(约40摄氏度)的温度和40%湿度的环境条件下。他们进行走路或跑步等体力运动。在14天的过程中,参与者逐渐适应环境。

使用从参与者收集的数百个样本,Lee的团队将确定传感器检测生物标志物的效果,并更好地了解哪些具体的生物标志物在判断热适应上最有用。“目前,他们只是展示传感器可以工作,以及它能够检测蛋白质、RNA或微RNA,”Lee说。“但他们还没有具体的目标,这也是康涅狄格大学的工作之一——发现我们应该关注哪种生物标志物。”

为了确定哪些生物标志物是好的目标,Lee将研究当一个人适应热量时,哪些生物标志物显著增加或减少,通过已知的生理标记来确定。“我们看的不仅仅是一个生物标志物,”Lee说。“我们在看超过20000个基因,以及成千上万的蛋白质、代谢物和非编码RNA,以了解其中的模式。”Lee的实验室正在与康涅狄格大学基因创新中心一起对这些唾液样本进行测序。

在Lee和她的合作者完成工作后,洛斯阿拉莫斯国家实验室和利弗莫尔实验室将完成技术的验证。尽管研究人员从热适应开始,该技术可能也能用于测量其他不利环境条件如高海拔的适应。“这是一种非常强大的监控运动员、作战人员和任何人的方法,”Lee说。已批准公开发布,无限制分发