С помощью ультразвука ученые ввели мышей в искусственную гибернацию (спячку).
Некоторые виды животных, таких как мыши и птицы могут впадать в спячку, – оцепенение, похожее на сон для сохранения энергии, замедляя дыхание и сердцебиение, снижая температуру тела и метаболизм. Считается, что это механизм выживания в условиях нехватки пищи, позволяющий им просто дремать в трудные времена.
Гибернация (спячка, оцепенение, торпор) – это состояние минимальной активности и метаболической депрессии, которым подвергаются некоторые виды животных. Это сезонная гетеротермия, характеризующаяся низкой температурой тела, замедленным дыханием и сердцебиением, а также низкой скоростью метаболизма. Чаще всего он наступает в зимние месяцы.
В 2020 году ученые идентифицировали набор нейронов в гипоталамусе, который позволяет мышам впадать в оцепенение, и обнаружили, что эти нейроны можно стимулировать с помощью световых или химических сигналов, чтобы вызвать спячку по требованию. Более того, то же самое сработало у крыс, которые естественным образом не впадают в оцепенение,
Это значит, что подход можно попробовать использовать на других млекопитающих, включая человека. Последующее исследование в 2022 году продемонстрировало, как этот метод может быть использован для предотвращения повреждения тканей во время операции на сердце.
Проблема в том, что для запуска нейронов требовались животные, которые были генетически модифицированы, чтобы реагировать на триггеры, которые включали имплантированную волоконную оптику. Это не самый удобный и практичный метод, поэтому для нового исследования ученые из Вашингтонского университета разработали неинвазивный способ вызвать оцепенение.
Команда создала излучатель ультразвука, достаточно маленький, чтобы его можно было устанавливать на головах мышей во время их повседневной работы. Это может вызвать 10-секундные импульсы ультразвука, направленные в преоптическую область гипоталамуса, что мгновенно вызовет симптомы гибернации у животных. Это включает в себя снижение температуры тела на 3 ÷ 3,5 ° C, а также снижение частоты сердечных сокращений и потребления кислорода. Животные естественным образом проснулись через несколько часов.
В другом эксперименте исследователи подключили ультразвуковой излучатель к автоматизированной системе, которая выдавала дополнительные импульсы всякий раз, когда температура тела снова начинала повышаться. Благодаря этому они смогли удерживать мышей в оцепенении в течение 24 часов подряд без видимых повреждений мозга и без видимого дискомфорта для животных.
Команда повторила эксперименты с крысами и снова обнаружила, что это работает почти так же, хотя и с меньшим падением температуры тела на 1÷ 2° C. Это подтверждает идею о том, что метаболическая реакция все еще присутствует у млекопитающих, которые естественным образом не впадают в спячку, предполагая, что она потенциально может сработать и у людей.
Конечно, до этого еще далеко, но наличие неинвазивного способа запуска этого состояния – важный шаг.
Если бы мы могли заставить это работать, ученые предполагают, что вызванная ультразвуком гибернация могла бы спасти жизни во время неотложных медицинских вмешательств или, в конечном счете, помочь будущим астронавтам впадать в спячку во время длительных космических путешествий, тем самым экономя ресурсы для обеспечения жизнедеятельности и энергию.
a) – иллюстрация состояния подобного оцепенению, вызванного ультразвуком (УЗИ).
b) – иллюстрация носимого УЗИ-зонда (вверху). Зонд был подключен к базовой плате, которая была приклеена к голове мыши. МРТ головы мыши с помощью носимого ультразвукового зонда показывает, что ультразвук был неинвазивно направлен на POA (вставка). Фотография свободно движущейся мыши с прикрепленным носимым УЗИ-зондом показана внизу.
c) – иллюстрация формы волны УЗИ-стимуляции, используемой в этом исследовании. (ISI – интервал между стимулами; PD – длительность импульса; PRF – частота повторения импульсов).
d) – калибровка повышения температуры (T) на поверхности (сверху) и внутри (снизу) ультразвукового зонда. Температура внутри зонда измерялась между пьезоэлектрическим материалом и головой мыши, когда ультразвуковые зонды были нацелены на POA или кору головного мозга. В качестве нецелевого контроля была выбрана кора головного мозга. Ультразвуковое исследование показано розовыми полосками. n = 6 мышей (вверху) и n = 4 мыши (внизу). Сплошные линии и тени обозначают среднее значение ± s.e.m.
Источник: nature metabolism 25.05.2023 video
