Příroda je často nejlepším modelem pro vědu. Téměř století se vědci pokoušejí znovu vytvořit schopnost některých savců a ptáků přežít extrémní podmínky prostředí po krátké nebo prodloužené období tím, že se dostanou do Toráru, když jejich tělesná teplota a metabolická rychlost klesne, což jim umožňuje zachovat energii a teplo.
Taking inspiration from nature, Hong Chen, professor of biomedical engineering in the McKelvey School of Engineering and of neurosurgery at WashU Medicine, and an interdisciplinary team induced a reversible torpor-like state in mice by using focused ultrasound to stimulate the hypothalamus preoptic area in the brain, which helps to regulate body temperature and metabolism. Kromě myš, která přirozeně jde do Toráru, Chen a její tým přiměli Torpor u potkanů, což ne. Jejich zjištění, publikovaná v roce 2023 v Metabolismus přírodyukázala první neinvazivní a bezpečná metoda, jak vyvolat stav podobný torporu zacílením na centrální nervový systém.
Nyní je tým ve snaze o překlad indukovaného nebo syntetického torpor do potenciálních řešení pro lidi, například když dojde ke snížení průtoku krve do tkání nebo orgánů, aby se zachovala orgány pro transplantaci nebo chráněno před zářením během cestování vesmírem.
Konvenční lékařské intervence se zaměřují na zvyšování zásobování energie, jako je obnovení průtoku krve do mozku po mrtvici. Syntetický torpor se snaží udělat opak snížením poptávky po energii.
„Schopnost syntetického torpor regulovat metabolismus celého těla slibuje transformaci medicíny tím, že nabízí nové strategie pro lékařské zásahy,“ řekl Chen v papíru Perspectives publikovaný v Metabolismus přírody 31. července.
Syntetický torpor byl úspěšně používán v předklinických modelech s léky a specializovaným cílením nervového obvodu, ale existují výzvy k přizpůsobení těchto metod pro lidi. Předchozí lidské pokusy se sirovodíkem byly ukončeny brzy kvůli bezpečnostním obavám.
„Mezi naše výzvy patří překonání metabolických rozdílů mezi zvířaty a lidmi, výběr správné dávky léků a vytváření způsobů, jak umožnit reverzibilnímu státu podobnému torporovi,“ řekl Wenbo Wu, biomedicínský doktorský student v Chenově laboratoři a první autor dokumentu Perective Paper. „Spolupráce mezi vědci, lékaři a etici bude rozhodující pro vývoj bezpečných, účinných a škálovatelných řešení pro syntetický torpor, aby se stala praktickým řešením v medicíně.“
Chenův tým, včetně Yaoheng (Mack) Yang, který byl postdoktorandským výzkumným spolupracovníkem ve své laboratoři a nyní je asistentkou biomedicínského inženýrství na University of Southern California, zacílil na nervový okruh svým indukovaným řešením Torpor u myší. Vytvořili nositelný ultrazvukový převodník pro stimulaci neuronů v preoptické oblasti hypotalamu. Při stimulaci myši vykazovaly pokles teploty těla asi 3 stupně C po dobu asi jedné hodiny. Kromě toho metabolismus myší vykazoval změnu od použití uhlohydrátů a tuku pro energii pouze na tuk, klíčový rys torporu a jejich srdeční frekvence klesla asi o 47%, a to vše při pokojové teplotě.
Ultrazvuk je jediná neinvazivní modalita energie schopná bezpečně proniknout do lebky a přesně zacílit na hluboké struktury mozku. Zatímco ultrazvuková neuromodulace postrádá specificitu buněčného typu ve srovnání s genetickou neuromodulací, poskytuje neinvazivní alternativu pro indukci syntetického torpor bez nutnosti genetických modifikací. ““
Hong Chen, profesor biomedicínského inženýrství, McKelvey School of Engineering a neurochirurgie, Washu Medicine
Chen a její tým naznačují, že syntetický torpor nabízí slibnou terapeutickou strategii s dalšími aplikacemi, včetně inhibice růstu nádoru a potenciálního vývoje nových terapií pro onemocnění související s proteinem tau, jako je Alzheimerova choroba. Mnoho však zůstává neznámé o tom, jak mozkové oblasti, periferní orgány a buněčné dráhy koordinují metabolické potlačení a vzrušení. Vědci také musí studovat dlouhodobá rizika a potenciální vedlejší účinky a vyžadovat předkliničtější studie a technologické inovace, které usnadní dvojí přístup, které by zahrnovaly modulaci nervových obvodů spojených s hypometabolismem a ovlivňovaly periferní metabolické dráhy prostřednictvím systémových intervencí, jako například u léků nebo periferních neuromodulací.
„Syntetický torpor již není jen teoretickým konceptem – je to rozvíjející se pole s potenciálem předefinovat medicínu,“ řekl Chen. „Přemostění základní neurovědy, bioinženýrství a translační medicína bude klíčem k překonání současných výzev a rozvoje syntetického torpor vůči aplikacím v reálném světě. Syntetický torpor by mohl přejít z vědecké zvědavosti na lidskou realitu prostřednictvím interdisciplinární spolupráce.“
Zdroj:
Reference časopisu:
Yang, Y., et al. (2023). Indukce torporového hypotermického a hypometabolického stavu u hlodavců ultrazvukem. Metabolismus přírody. doi.org/10.1038/S42255-023-00804-Z.
