Badacze za pomocą ultradźwięków wywołali u gryzoni stan podobny do hibernacji

Sygnały ultradźwiękowe przesyłane do mózgów gryzoni wprowadzają je w stan podobny do letargu czy hibernacji. Naukowcy są zdania, że technika ta może pewnego dnia pomóc w ratowaniu chorych lub rannych ludzi w krytycznym stanie. Skorzystać z niej będą mogli też astronauci odbywający długie loty kosmiczne.

Nowa metoda polega na bombardowaniu ultradźwiękami regionu w mózgu, który jest odpowiedzialny m.in. za kontrolowanie metabolizmu i temperatury. W badaniach na myszach naukowcom udało się obniżyć średnią temperaturę ich ciał nawet o 3,5 stopnia Celsjusza. Jednocześnie u gryzoni zaobserwowano spadek tętna i zmniejszenie zużycia tlenu.

Badania dostarczają wskazówek, jak bezpiecznie i nieinwazyjnie wywoływać u ludzi stan podobny do hibernacji lub letargu. Naukowcy opublikowali swoje odkrycia w czasopiśmie "Nature Metabolism" (DOI: 10.1038/s42255-023-00804-z).

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Nowa technika może być stosowana w medycynie, szczególnie w stanach zagrażających życiu, takich jak udar i zawał serca. – Wywołanie stanu przypominającego letarg, może wydłużyć czas potrzebny na podjęcie leczenia i zwiększyć szanse chorych na przeżycie – wyjaśnia główna autorka badań prof. Hong Chen z Uniwersytetu Waszyngtońskiego w St. Louis.

Natura zna wiele przypadków hibernacji. Niektóre ssaki, ptaki, owady, płazy i ryby potrafią zachować energię w sytuacjach, gdy brakuje pożywienia lub temperatura jest zbyt niska. Wchodzą one w tymczasowy stan, podczas którego ich metabolizm jest drastycznie obniżony. W tym stanie temperatura ciała i tętno zwierząt spadają, a krew płynie wolniej. Serce może bić zaledwie kilka razy na minutę, a wdech następować raz na minutę. Drastycznie spada także aktywność mózgu.

Głębokie zmiany fizjologiczne związane z hibernacją i podobnymi stanami zmniejszają ilość energii potrzebnej zwierzętom do przetrwania. Z tego powodu naukowcy od dawna chcieli dowiedzieć się, czy w podobny stan można wprowadzić także ludzi. Mogłoby to mieć zastosowanie w przypadku osób ciężko rannych, czy astronautów odbywających długie loty kosmiczne.

Pierwsze wzmianki o potencjalnej przydatności medycznej hipotermii, czyli spadku temperatury ciała, pochodzą już ze starożytnego Egiptu. Opisywał ją również główny chirurg Napoleona baron de Lerrey. Zauważył on, że ludzie umierają szybciej w cieple, niż na mrozie. Obecnie chirurdzy stosują stany hipotermiczne, aby zwiększyć przeżywalność pacjentów podczas operacji serca i mózgu.

Ludzie nie są jednak naturalnie wyposażeni w mechanizmy wprowadzające w stan letargu lub hibernacji. Choć, jak sugerowali trzy lata temu badacze, nasi praprzodkowie w pewnym momencie ewolucji mogli mieć taką umiejętność (więcej na ten temat w tekście: Wcześni ludzie mogli radzić sobie z surowymi zimami dzięki hibernacji?). Obecnie jednak takich możliwości nie mamy, dlatego nie wiadomo, czy można taką procedurę stosować bezpiecznie.

Aby to sprawdzić naukowcy stworzyli specjalną "czapkę" emitującą ultradźwięki i założyli ją na głowy myszy. Urządzenie wysyłało fale do części mózgu zwanej polem przedwzrokowym (łac.: area preoptica). To obszar podwzgórza, który kontroluje temperaturę ciała, sen a także aktywuje stan hibernacji czy letargu u wielu zwierząt.

Po wystawieniu na działanie ultradźwięków, myszy natychmiast wchodziły w stan podobny do hibernacji. Temperatura ich ciał, tętno i zużycie tlenu drastycznie spadły. Badane zwierzęta stały się też ospałe i jadły znacznie mniej.

Wykorzystując ultradźwięki naukowcy byli w stanie utrzymać myszy w takim stanie przez okres do 24 godzin, nie obserwując żadnych negatywnych oznak dla ich zdrowia. Po wyłączeniu urządzenia emitującego fale ultradźwiękowe, temperatura ciała i poziom aktywności myszy wracały do normy w czasie krótszym niż 90 minut.

Po powtórzeniu eksperymentu tym razem na szczurach naukowcy zauważyli, że urządzenie również spowodowało obniżenie temperatury ich ciał, ale o 2 stopnie Celsjusza. Zdaniem autorów badania dowodzi to, że "czapka" emitująca ultradźwięki może działać na ssaki, które naturalnie nie wchodzą w podobne stany.

Naukowcy podkreślają, że konieczne są dalsze badania, aby z powodzeniem zastosować ich wynalazek na ludziach. – Moglibyśmy wyobrazić sobie astronautów noszących urządzenie podobne do kasku i zaprojektowane tak, aby wysyłało ultradźwięki w region podwzgórza w celu wywołania stanu podobnego do letargu – mówi prof. Chen.

Istnieje jednak szereg przeszkód, które muszą pokonać naukowcy zanim zaczną wykorzystywać podobne urządzenia.

Jedną z nich jest fakt, że ultradźwiękowa "czapka" wywoływała zmiany jedynie w mózgu badanych gryzoni. Tymczasem hibernacji występującej naturalnie u zwierząt, towarzyszą również zmiany na poziomie hormonalnym i molekularnym. Procesy te nie zostały jeszcze w pełni poznane. Nieznany jest też wpływ długotrwałej hibernacji na mózg. Niektóre badania wskazują, że zwierzęta pozostające w letargu mogą utracić pamięć.

Bez odpowiedzi na podstawowe pytania dotyczące hibernacji, całej procedury nie będzie można zastosować na ludziach.

Źródło: Live Science, IFLScience, fot. Eddy Van 3000/ Flickr/ CC BY-SA 2.0