Американские ученые показали, что стимуляция преоптической области гипоталамуса ультразвуком вызывает у мышей спячку, которая сопровождается замедлением метаболизма и снижением температуры тела. Аналогичным образом исследователи вызвали спячку у крыс, для которых она, в отличие от мышей, нехарактерна. Исследование опубликовано в журнале Nature Metabolism.
Некоторые млекопитающие и птицы способны сохранять энергию и тепло, переходя в состояние спячки. Во время нее их температура тела снижается, а метаболизм замедляется, что позволяет животным пережить потенциально смертельно опасные условия окружающей среды, связанные с холодом или недостатком еды. До сих пор ученым не удавалось вызывать спячку искусственно, хотя еще в 1960-х некоторые предлагали использовать такой способ для отправки людей в космос или для спасения пациентов в состояниях, не совместимых с жизнью.
Теперь ученые разработали первый неинвазивный и безопасный метод, позволяющий вызывать спячку у мышей. Для этого они разработали специальный ультразвуковой зонд, который надевается на череп. С помощью ультразвука ученые стимулировали нейроны преоптической области гипоталамуса мышей (о гипоталамусе — отдельная статья), которая ответственна за регуляцию метаболизма и температуры тела. В результате при стимуляции ультразвуком температура тела мышей падала на 3°Cна час. Также были изменения в метаболизме: для получения энергии животными использовались не углеводы и жиры, а только жиры, что характерно для состояния спячки. Кроме того, хотя животные находились при комнатной температуре, частота их сердечных сокращений упала на 47%. Ученые разработали контроллер с обратной связью, который позволил поддерживать спячку в течение более долгого времени. Желаемая температура тела при этом должна была быть ниже 34°C, и в эксперименте ученые поддерживали температуру тела мышей при 32,95°C в течение 24 часов. После того, как ультразвук был выключен, температура тела восстановилась до нормальной.
Чтобы выяснить, как активировались гипотермия и гипометаболизм, ученые исследовали динамику активности нейронов в преоптической области гипоталамуса при воздействии на них ультразвуком. С каждым ультразвуковым импульсом активность нейронов повышалась, что сопровождалось изменением в температуре тела. Кроме того, биологи нашли молекулу, которая ответственна за эти изменения. Генетический скрининг показал, что ультразвук активировал TRPM2 — ионный канал в нейронах преоптической зоны гипоталамуса. Эксперименты показали, что TRPM2 чувствителен к ультразвуку. Именно с ним связаны гипотермия и гипометаболизм.
Большая часть экспериментов проводилась на мышах, для которых характерна спячка. Однако ученым удалось вызвать спячку и у крыс, для которых она не характерна. При стимуляции их гипоталамуса ультразвуком тоже наблюдалось снижение температуры тела, особенно в бурой жировой ткани. Общая температура тела снизилась примерно на 1°C, что напоминает естественную спячку.
Текст: Елизавета Перепелица, написано для портала из нашей экосистемы, Inscience.News
Yang, Y., Yuan, J., Field, R.L. et al. Induction of a torpor-like hypothermic and hypometabolic state in rodents by ultrasound. Nat Metab (2023). https://doi.org/10.1038/s42255-023-00804-z
