Consiguen hacer hibernar a ratones con ultrasonidos
Todos conocemos el caso de la hibernación de los osos:
con la llegada del invierno, estos yacen en sus cuevas, dormidos; su
metabolismo se ralentiza, la temperatura corporal baja hasta el mínimo
necesario para mantener activas las principales constantes vitales, reduciendo
así drásticamente el consumo de energía que el cuerpo necesita. El ritmo
cardíaco también se hace más lento, la respiración más débil y la actividad
cerebral se reduce hasta quedar en los niveles de subsistencia. Al volver a
despertar, aunque algo más delgados, están perfectamente sanos. La misma
práctica la llevan a cabo las marmotas, los mapaches, las serpientes y las
golondrinas, entre otros.
Los investigadores llevan décadas preguntándose si
podría inducir un estado parecido en humanos para 'parar' enfermedades
potencialmente mortales (por ejemplo, cuando se reduce el metabolismo, las
células necesitan menos oxígeno, por lo que en enfermedades como el ictus o la
insuficiencia cardíaca la hibernación puede ser neuroprotectora) o para
realizar el sueño de los viajes espaciales más allá de la Luna (de hecho, la
primera visita humana a Marte, prevista para la próxima década, se
simplificaría mucho con este sistema). De momento, no hay ningún método, pero
la ciencia va dando pequeños pasos. El último, conseguir inducir ese estado en
ratones -que naturalmente hibernan- y en ratas -que no lo hacen- mediante el
uso de ultrasonidos. Los resultados acaban de publicarse en la revista 'Nature
Metabolism'.
En concreto, el equipo dirigido por Hong Chen,
ingeniera biomédica de la Universidad de Washington, en St. Louis, indujeron a
un estado de letargo que han bautizado como 'torpor' a ratas y ratones mediante
un sistema de ultrasonido que estimula el área preóptica del hipotálamo en el
cerebro, que ayuda a regular la temperatura corporal y el metabolismo.
Cuando fueron estimulados, los ratones mostraron una
caída en la temperatura corporal de unos 3 grados Celsius durante
aproximadamente una hora. Además, el metabolismo de los ratones mostró un
cambio desde el uso de carbohidratos y grasas como energía a solo grasa, una
característica clave del letargo, y sus frecuencias cardíacas se redujeron en
aproximadamente un 47%, todo mientras estaban a temperatura ambiente.
El equipo también descubrió que, a medida que
aumentaba la presión acústica y la duración del ultrasonido, también aumentaba
la profundidad de la temperatura corporal más baja y el metabolismo más lento,
lo que se conoce como hipotermia e hipometabolismo inducidos por ultrasonido
(UIH).
«Desarrollamos un controlador automático de
retroalimentación de circuito cerrado para lograr hipotermia e hipometabolismo
inducidos por ultrasonido estables y de larga duración mediante el control de
la salida de ultrasonido», explica Chen. «El controlador de retroalimentación
de circuito cerrado fijó la temperatura corporal deseada en menos de 34 °C, lo
que anteriormente se informó como crítico para el letargo natural en ratones.
Esta UIH controlada por retroalimentación mantuvo la temperatura corporal del
ratón a 32,95 ºC durante aproximadamente 24 horas y se recuperó a la
temperatura normal después de que se apagó el ultrasonido»
Para saber cómo se activan la hipotermia y el
hipometabolismo inducidos por ultrasonido, el equipo estudió la dinámica de la
actividad de las neuronas en el área preóptica del hipotálamo en respuesta al
ultrasonido. Observaron un aumento constante en la actividad neuronal en
respuesta a cada pulso de ultrasonido, que se alineó con los cambios en la
temperatura corporal de los ratones.
«Estos hallazgos revelaron que la UIH fue provocada
por la activación por ultrasonido de las neuronas del área preóptica del
hipotálamo», afirma la investigadora. «Nuestro hallazgo de que la estimulación
transcraneal del área preóptica del hipotálamo fue suficiente para inducir la
UIH reveló el papel fundamental de esta área en la orquestación de un estado de
letargo en ratones».
Chen y su equipo también querían encontrar la
molécula que permitiera que estas neuronas se activaran con ultrasonido. A
través de la secuenciación genética, encontraron que el ultrasonido activaba el
canal iónico TRPM2 en las neuronas del área preóptica del hipotálamo. En una
variedad de experimentos, demostraron que TRPM2 es un canal iónico sensible al
ultrasonido y contribuyó a la inducción de UIH.
En la rata, que no entra naturalmente en letargo o
hibernación, el equipo probó el mismo método y encontró una disminución en la
temperatura de la piel, particularmente en la región del tejido adiposo marrón,
así como una caída de aproximadamente 1 ºC de la temperatura corporal, asemejándose
al letargo natural.
«UIH tiene el potencial de abordar el objetivo
buscado durante mucho tiempo de lograr una inducción no invasiva y segura del
estado de letargo, que ha sido perseguido por la comunidad científica al menos
desde la década de 1960», señala Chen. «La estimulación por ultrasonido posee
una capacidad única para llegar de forma no invasiva a regiones profundas del
cerebro con alta precisión espacial y temporal en cerebros animales y humanos».Sin
duda, conseguir un mecanismo eficaz para inducir a la hibernación es una meta
muy jugosa por sus múltiples aplicaciones. «Se trata de un avance
significativo, ya que es el primero en utilizar una tecnología no invasiva»,
señala para SMC España Matteo Cerri, profesor asociado de Fisiología en el
Departamento de Ciencias Biomédicas y Neuromotoras de la Universidad de Bolonia
(Italia). «La principal limitación es el modestísimo efecto de la tecnología en
ratas (aunque presente). Por tanto, aún queda trabajo por hacer. Es posible que
nos dirijamos hacia un sistema compuesto, que pueda fusionar la estimulación
por ultrasonidos con fármacos para alcanzar un hipometabolismo significativo en
humanos».
Por su parte, Vladyslav Vyazovskiy, profesor de
Fisiología del Sueño en la Universidad de Oxford (Reino Unido) señala a la mima
plataforma que, aunque es probable que, en el futuro, se induzca un estado de
hibernación en humanos, «los mecanismos neurofisiológicos y moleculares
subyacentes pueden ser muy diferentes a los de otros animales». «Por ejemplo,
el torpor diario puede inducirse en ratones mediante ayuno agudo, y esto no
ocurre en humanos, que sepamos. Los hibernadores estacionales inician la
preparación para la hibernación muchas semanas antes de que esta se produzca, y
esto puede suceder incluso sin ninguna aportación externa. Los humanos somos
menos estacionales y, por tanto, los mecanismos y el significado de la
hibernación en los humanos pueden ser muy diferentes», indica.
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