Zwierzęta od milionów lat wykorzystują torpor (odrętwienie dobowe) – stan znacznego obniżenia temperatury ciała i spowolnienia metabolizmu – jako strategię przetrwania. Umożliwia im to oszczędzanie energii w ekstremalnych warunkach, np. zimą lub przy ograniczonym dostępie do pożywienia. Uczeni od dekad zastanawiali się, czy podobny mechanizm można by bezpiecznie wywołać u ludzi. Teraz badania zespołu prof. Hong Chen dają na to konkretne nadzieje.
Czytaj też: Strażnicy przepływu krwi. Jak mikroglej może uratować mózg przed chorobą Alzheimera
Chen, specjalistka inżynierii biomedycznej i neurochirurgii w McKelvey School of Engineering oraz Washington University School of Medicine, kierowała zespołem, który jako pierwszy wykorzystał skupione ultradźwięki do nieinwazyjnego wywołania torporu u dwóch gatunków gryzoni. Udało im się to zarówno u myszy, które w naturze wchodzą w stan torporu, jak i u szczurów – które tej zdolności nie mają.
Torpor przez ultradźwięki – na razie tylko u gryzoni
Podstawą nowej metody było pobudzenie pola przedwzrokowego podwzgórza, który reguluje temperaturę i metabolizm. W tym celu naukowcy skonstruowali specjalny noszony przez gryzonie przetwornik ultradźwiękowy. Dzięki precyzyjnej stymulacji głębokich struktur mózgu uzyskano spadek temperatury ciała o ok. 3oC, spowolnienie pracy serca o niemal połowę oraz przełączenie metabolizmu ze spalania cukrów na spalanie tłuszczów – wszystkie te cechy odpowiadają klasycznemu torporowi.
Czytaj też: Białko o dwóch twarzach. Pomaga nowotworom, ale robi też coś pożytecznego
Co ważne, efekt ten uzyskano bez użycia leków ani modyfikacji genetycznych i bez konieczności ochładzania otoczenia. Działo się to w temperaturze pokojowej, co ma ogromne znaczenie dla ewentualnych zastosowań klinicznych. Jak podkreśla prof. Chen, tylko ultradźwięki oferują obecnie możliwość nieinwazyjnego, precyzyjnego dotarcia do głębokich partii mózgu bez konieczności ingerencji chirurgicznej.
Nowe podejście stanowi fundamentalną zmianę w strategii medycznej. Zamiast skupiać się na przywracaniu lub zwiększaniu dopływu tlenu i składników energetycznych do uszkodzonych tkanek (np. w udarach mózgu), syntetyczny torpor zakłada coś odwrotnego: obniżenie zapotrzebowania energetycznego komórek i całego organizmu.
Może to przynieść korzyści w wielu dziedzinach: od ochrony narządów przy ograniczonym przepływie krwi (np. podczas zawału, wstrząsu lub przeszczepów), przez hamowanie procesów nowotworowych, aż po zabezpieczenie astronautów przed skutkami promieniowania i utratą masy mięśniowej w czasie długich misji kosmicznych.
Wstępne badania sugerują także, że stan torporu może wpływać ochronnie na układ nerwowy, zwłaszcza w kontekście chorób związanych z odkładaniem się patologicznego białka tau – takich jak choroba Alzheimera. Redukcja aktywności metabolicznej może bowiem hamować procesy fosforylacji i agregacji białek neurotoksycznych.
Bariery, które trzeba pokonać
Mimo obiecujących wyników u gryzoni, opisanych w Nature Metabolism, przeniesienie technologii na ludzi wiąże się z licznymi wyzwaniami. Jak zaznacza pierwszy autor publikacji, doktorant Wenbo Wu, istnieją znaczące różnice w metabolizmie międzygatunkowym, które utrudniają precyzyjne dawkowanie i przewidywanie efektów torporu u ludzi. Dodatkowo trzeba zadbać o pełną odwracalność tego stanu i zminimalizować ryzyko efektów ubocznych.
Czytaj też: Regeneracja wzroku stała się faktem. Naukowcy odwracają ślepotę
Próby zastosowania torporu u ludzi były dotychczas ograniczone i niebezpieczne – jak choćby testy z użyciem siarkowodoru, które zostały przerwane z powodu toksyczności gazu. Dlatego zespół Chen stawia na nieinwazyjne techniki neuromodulacyjne, jak właśnie stymulacja ultradźwiękowa, w połączeniu z potencjalnymi interwencjami farmakologicznymi.
W dalszych planach naukowców znajdują się precyzyjne badania mechanizmów działania: jak mózg, organy obwodowe i ścieżki komórkowe współpracują, aby wejść i wyjść ze stanu głębokiego metabolicznego spowolnienia. Kluczowe będzie także zrozumienie długofalowych konsekwencji torporu i jego wpływu na układ odpornościowy, hormonalny oraz neurodegeneracyjny.
Zdaniem prof. Chen, syntetyczny torpor to nie już jedynie spekulacja z pogranicza sci-fi. To dynamicznie rozwijające się pole badań, które łączy inżynierię biomedyczną, neuronaukę, medycynę translacyjną i bioetykę. Współpraca z zespołem prof. Genshiro Sunagawy z japońskiego instytutu RIKEN wskazuje, że prace nad torporem przybierają globalny, skoordynowany charakter.
Obecnie trwają dalsze eksperymenty z dłuższym utrzymywaniem torporu, jego kontrolowaną głębokością oraz zastosowaniem u innych gatunków. Zespół opracowuje też systemy śledzenia parametrów fizjologicznych w czasie rzeczywistym, które będą niezbędne w przyszłych zastosowaniach klinicznych – od intensywnej terapii po medycynę wojskową czy eksplorację kosmosu.
