Anabioza: technologia głębokiego zamrażania ludzi

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

W zeszłym tygodniu grupa ekspertów zebrała się w Nowym Orleanie, aby zbadać możliwość zanurzenia ludzi w „syntetyczną” hibernację lub sztuczną hibernację. Naukowcy uczą się od natury, próbując zrozumieć czynniki, które prowadzą do hibernacji i przebudzenia u zwierząt.

Żaden film o podróżach międzygwiezdnych nie jest kompletny bez głębokiego snu. „Prometeusz”, „Pasażerowie” wszędzie widzimy, jak główni bohaterowie budzą się w kabinach hibernacyjnych, wznawiają swoją kruchą fizjologię z długiego stanu nieruchomej skamieniałości – często z erupcją soków żołądkowych, czyli po prostu wymiotami. Ten brutalny proces wydaje się mieć sens. W końcu ludzie nie zapadają w hibernację w sposób naturalny. Ale mała grupa naukowców próbuje pokonać naturę i wprowadzić ludzi w sztuczną hibernację. Jeśli się powiedzie, mogą opóźnić starzenie się, wyleczyć zagrażające życiu choroby i zabrać nas na Marsa i dalej.

W zeszłym tygodniu grupa ekspertów zebrała się w Nowym Orleanie, aby zbadać możliwość zanurzenia ludzi w „syntetyczną” hibernację lub sztuczną hibernację. Naukowcy uczą się od natury, próbując zrozumieć czynniki, które prowadzą do hibernacji i przebudzenia u zwierząt.

Tajemnica hibernacji

Co może być lepszego dla przezwyciężenia długich okresów życia w warunkach groźnego zimna i braku jedzenia niż pogrążenie się w głębokiej nieświadomości? Większość świata zwierząt przechodzi w stan hibernacji: niedźwiedzie, wiewiórki, jeże. Nawet nasi kuzyni z rzędu naczelnych, lemur gruboogonowy, gwałtownie spadają tempo metabolizmu, gdy kurczą się zapasy żywności.

A co z nami? Chociaż niestety nie zapadamy w stan hibernacji, niektóre „cuda” sugerują, że głębokie zamrażanie metaboliczne może pomóc zachować nasze uszkodzone ciała na przyszłość.

W 1999 roku radiolog Anna Bagenholm wpadła przez lód podczas jazdy na nartach w Norwegii. Zanim została uratowana, była pod lodem przez ponad 80 minut. Według wszystkich relacji, klinicznie była martwa - bez oddechu, bez tętna. Jej temperatura ciała spadła do bezprecedensowego poziomu 13,7 stopni Celsjusza.

Jednak, gdy lekarze stopniowo podgrzali jej krew, jej ciało powoli się zagoiło. Następnego dnia serce zostało ponownie uruchomione. Dwanaście dni później otworzyła oczy. W końcu doszła do pełnego wyzdrowienia.

Przypadek Bagenholma to tylko jedna wskazówka, że ludzie potrafią wyzdrowieć z poważnie obniżonych stanów metabolicznych. Od lat lekarze stosują hipotermię terapeutyczną, obniżającą temperaturę ciała o kilka stopni w ciągu kilku dni, aby pomóc pacjentom radzić sobie z uszkodzeniem mózgu lub opóźnioną padaczką.

Szybkie schładzanie pomaga zachować tkanki, które zostały odcięte od dopływu krwi, więc potrzebują mniej tlenu do funkcjonowania. W Chinach eksperymenty utrzymywały ludzi zamrożonych do dwóch tygodni.

Obietnica terapeutycznej hipotermii jest tak duża, że w 2014 roku NASA nawiązała współpracę z firmą SpaceWorks z siedzibą w Atlancie i zapewniła prefinansowanie hibernatora podróży kosmicznych na misję na Marsa.

Chociaż lot w kosmos trwa tylko kilka miesięcy, wprowadzenie astronautów w stan nieaktywności może poważnie zmniejszyć ilość potrzebnego pożywienia i rozmiar siedliska. Zasypianie może również zapobiegać poważnym skutkom ubocznym niskiej grawitacji, takim jak zmiany w przepływie płynu mózgowo-rdzeniowego, które mogą negatywnie wpływać na widzenie. Bezpośrednia stymulacja mięśni, dzięki uprzejmości kołyski hibernacji, może zapobiec utracie mięśni w warunkach zerowej grawitacji, a głęboki stan nieświadomości może potencjalnie zminimalizować problemy psychologiczne, takie jak nuda i samotność.

Projekt wszedł w drugi etap finansowania, ale pozostaje wiele pytań do niego. Jeden z nich wiąże się z faktem, że długotrwała hipotermia ma straszny wpływ na zdrowie: mogą pojawić się zakrzepy krwi, krwawienie, infekcja, niewydolność wątroby. Na statku kosmicznym bez zaawansowanych urządzeń medycznych te komplikacje mogą być śmiertelne.

Innym problemem jest to, że nie do końca rozumiemy, co dzieje się ze zwierzęciem, gdy przechodzi w stan hibernacji. Właśnie to próbowała rozwiązać konferencja w Nowym Orleanie.

Inspiracja biologiczna

Dr Hannah Carey z University of Wisconsin uważa, że możliwości zanurzenia w hibernację należy szukać nie w medycynie, ale w przyrodzie.

Carey bada zwyczaje hibernacyjne wiewiórki lądowej, małego wszystkożernego gryzonia, który wędruje po północnoamerykańskich preriach. Od końca września do maja wiewiórka zimowa zimuje w podziemnych norach, przetrwając surowe zimy.

Jedną z ciekawych obserwacji Carey jest to, że niskie tempo metabolizmu nie utrzymuje się przez całą zimę. Zwierzęta okresowo śpiące wychodzą z letargu na pół dnia, podnosząc temperaturę ciała do normalnego poziomu. Jednak zwierzęta nadal nie jedzą ani nie piją w tych okresach.

Neuronaukowcy od dawna starali się sporządzić wyczerpującą listę korzyści płynących ze snu. Na przykład badania pokazują, że sen pomaga mózgowi usunąć toksyczne odpady z układu limfatycznego i umożliwia ponowne uruchomienie synaps mózgu. Jeśli hibernacja sama w sobie prowadzi do stanu niedoboru snu, czy okresowy sen może w tym pomóc?

Jeszcze nie wiemy. Carey uważa jednak, że wyniki badań na zwierzętach pokazują, że w poszukiwaniu ludzkiej hibernacji badanie biologii naturalnych hibernatorów przyniesie więcej wyników niż stosowanie praktyk medycznych opartych na hipotermii, czyli hipotermii.

Sztuczne zanurzenie we śnie

Podczas gdy Carey i Vyazovsky badają, w jaki sposób hibernacja pomaga zwierzętom zachować zdrowie, dr Matteo Serri z Uniwersytetu Bolońskiego we Włoszech wybrał nieco inną ścieżkę: jak sztucznie wywołać odrętwienie u zwierząt, które nie zapadają w stan hibernacji?

Odpowiedź może leżeć w małej grupie neuronów w obszarze mózgu raphe pallidus. Ponieważ metabolizm gwałtownie spowalnia podczas hibernacji, prawdopodobnie mechanizmy hormonalne i mózgowe mogą wywołać ten proces.

W 2013 roku jego zespół naukowców był jednym z pierwszych, którzy uśpili szczury. Zazwyczaj te zwierzęta nie śpią zimą. Wstrzyknięto im substancję chemiczną do raphe pallidus, aby zahamować aktywność neuronów. Te neurony są zwykle zaangażowane w „ochronę termoregulacyjną przed zimnem”, mówi Serry, co oznacza, że wywołują reakcje biologiczne, które przeciwdziałają spadkowi temperatury ciała.

Następnie szczury umieszczono w ciemnym, chłodnym pomieszczeniu i karmiono dietą bogatą w tłuszcz, o którym wiadomo, że zmniejsza tempo przemiany materii.

Wyłączenie ochronnych neuronów na sześć godzin doprowadziło do gwałtownego spadku temperatury w mózgach szczurów. Ich tętno i ciśnienie krwi również zwolniły i spadły. W końcu wzór fal mózgowych zaczął przypominać wzór fal zwierząt w stanie naturalnej hibernacji.

Najciekawsze było to, że kiedy naukowcy przerwali „leczenie”, szczury wyzdrowiały – już następnego dnia nie wykazywały żadnych oznak nieprawidłowego zachowania.

Poprzednie próby wywołania odrętwienia u zwierząt, które nie zapadają w stan hibernacji, nie powiodły się, ale to badanie wykazało, że hamowanie neuronów w rogówce bladej jest niezbędne do wywołania stanu podobnego do odrętwienia.

Jeśli te wyniki potwierdzi przykład większych ssaków, sensowne będzie przejście do hibernacji u ludzi. Serri i inni pracują nad dalszą analizą kontroli mózgu nad drętwieniem i sposobem zhakowania go, aby wprowadzić mózg w stan hibernacji.

Co dalej?

Zanurzenie człowieka w stanie hibernacji, hibernacji, zawieszonej animacji - nazwij to jak chcesz - jest wciąż dalekie od rzeczywistości. Jednak wyniki badań stopniowo ujawniają czynniki molekularne i neuronalne, które teoretycznie mogą zapewnić nam stan głębokiego zamrożenia.