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.

Śpiąca mysz.Śpiąca mysz.
Źródło zdjęć: © CC BY-SA 2.0, Eddy Van 3000, Flickr
SKOMENTUJ

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

Tydzień z Huawei Watch Fit 4 oraz Watch Fit 4 Pro

Zwiększyć szanse ciężko chorych

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.

Zahibernować myszy ultradźwiękami

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.

Hibernacja mózgu ultradźwiękami

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.

Niejasności dotyczące hibernacji

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

Wybrane dla Ciebie

Nowa era nauki o Słońcu. Wszystko zawdzięczamy sondzie Solar Orbiter
Nowa era nauki o Słońcu. Wszystko zawdzięczamy sondzie Solar Orbiter
"Kolekcjonerka kości". Badacze opisali niezwykłą gąsienicę
"Kolekcjonerka kości". Badacze opisali niezwykłą gąsienicę
Będą ich tysiące. Sojusznik wyśle Rosji posiłki
Będą ich tysiące. Sojusznik wyśle Rosji posiłki
Scena jak z filmu Top Gun. Izraelski F-16 podczas polowania na drony
Scena jak z filmu Top Gun. Izraelski F-16 podczas polowania na drony
Aktywiści wtargnęli do bazy wojskowej. Uszkodzili dwa tankowce
Aktywiści wtargnęli do bazy wojskowej. Uszkodzili dwa tankowce
Niekończąca się telenowela. Odwołano niedzielny start misji Ax-4
Niekończąca się telenowela. Odwołano niedzielny start misji Ax-4
Słowacki system obrony powietrznej. Wolf 25 AD wsparciem dla Ukrainy
Słowacki system obrony powietrznej. Wolf 25 AD wsparciem dla Ukrainy
Izrael pokazał F-15I. Oto czym dokonują nalotów na Iran
Izrael pokazał F-15I. Oto czym dokonują nalotów na Iran
Prawie setka Leopardów na sprzedaż. Zakazali ich przekazania Ukrainie
Prawie setka Leopardów na sprzedaż. Zakazali ich przekazania Ukrainie
Izraelskie AH-64 Apache w nietypowej roli. Polują na irańskie drony
Izraelskie AH-64 Apache w nietypowej roli. Polują na irańskie drony
Sprawdza się czarny scenariusz. Ukraińcy są już pewni
Sprawdza się czarny scenariusz. Ukraińcy są już pewni
Zarejestrowany na nagraniu. Rzadki ślimak z Nowej Zelandii
Zarejestrowany na nagraniu. Rzadki ślimak z Nowej Zelandii