Gli scienziati americani sono riusciti a far raggiungere a ratti e topi uno stato chiamato “torpore”, in cui gli animali rallentano il metabolismo e la frequenza cardiaca, oltre a ridurre la temperatura corporea. Avrebbe applicazioni come rallentare il metabolismo umano per rallentare malattie come l’ictus o viaggi spaziali a lungo termine, come dalla Terra a Marte.
Conosciamo tutti come funzionare il letargo degli orsi: con l’arrivo dell’inverno, giacciono nelle loro tane, addormentati; il metabolismo rallenta, la temperatura corporea scende al minimo necessario per mantenere attivi i principali parametri vitali, riducendo così drasticamente il consumo energetico di cui l’organismo ha bisogno. Anche la frequenza cardiaca rallenta, la respirazione è lenta e l’attività cerebrale rallenta fino a raggiungere livelli di ”sussistenza”. Quando si svegliano di nuovo, anche se dimagriti, sono perfettamente sani. La stessa pratica viene eseguita da marmotte, procioni, serpenti e rondini ed gli altri. I ricercatori si sono chiesti per decenni se uno stato simile potesse essere indotto negli esseri umani per “fermare” malattie potenzialmente letali (ad esempio, quando il metabolismo è ridotto, le cellule hanno bisogno di meno ossigeno, quindi in malattie come l’ictus o l’insufficienza cardiaca l’ibernazione può essere neuroprotettiva ) o per realizzare il sogno del viaggio spaziale oltre la Luna (la visita umana su Marte, prevista per il prossimo decennio, sarebbe molto semplificata con questo sistema). Al momento non esiste un metodo, ma la scienza sta facendo piccoli passi. L’ultimo consiste nell’indurre questo stato nei topi, che naturalmente vanno in letargo utilizzando gli ultrasuoni. I risultati sono stati appena pubblicati sulla rivista ‘Nature Metabolism‘. Nello specifico, il team guidato da Hong Chen, ingegnere biomedico della Washington University di St. Louis, ha indotto uno stato di letargia che hanno chiamato “torpore” in ratti e topi utilizzando un sistema ad ultrasuoni che stimola l’area preottica dell’ipotalamo in il cervello, che aiuta a regolare la temperatura corporea e il metabolismo. Appena stimolati, i topi hanno mostrato un calo della temperatura corporea di circa 3 gradi Celsius per circa un’ora. Inoltre, il metabolismo dei topi ha mostrato un passaggio dall’utilizzo di carboidrati e grassi per l’energia al solo grasso, una caratteristica chiave del torpore, e la loro frequenza cardiaca è diminuita di circa il 47%, il tutto a temperatura ambiente. Il team ha anche scoperto che con l’aumentare della pressione acustica e della durata degli ultrasuoni, aumentava anche la profondità della temperatura corporea più bassa e il metabolismo più lento, noto come ipotermia e ipometabolismo indotti da ultrasuoni (UIH). “Abbiamo sviluppato un controller di feedback automatico a circuito chiuso per ottenere ipotermia e ipometabolismo indotti da ultrasuoni stabili e duraturi controllando l’emissione di ultrasuoni“, spiega Chen. “Il controller di feedback a circuito chiuso ha impostato la temperatura corporea target a meno di 34°C, che in precedenza era stata segnalata come critica per il torpore naturale nei topi. Questa UIH controllata dal feedback ha mantenuto la temperatura corporea del topo a 32,95°C per circa 24 ore e poi è tornata alla temperatura normale dopo che l’ecografia è stata spenta“.
Per sapere come si attivano l’ipotermia e l’ipometabolismo indotti dagli ultrasuoni, il team ha studiato la dinamica dell’attività dei neuroni nell’area preottica dell’ipotalamo in risposta agli ultrasuoni. Hanno osservato un costante aumento dell’attività neurale in risposta a ciascun impulso ultrasonico, che si allineava con i cambiamenti della temperatura corporea dei topi. “Questi risultati hanno rivelato che l’UIH era causato dall’attivazione ecografica dei neuroni nell’area preottica dell’ipotalamo“, afferma il ricercatore. “La nostra scoperta che la stimolazione transcranica dell’area preottica dell’ipotalamo era sufficiente per indurre l’UIH ha rivelato il ruolo fondamentale di quest’area nell’orchestrare uno stato torpido nei topi“. Chen e il suo team volevano anche trovare la molecola che permettesse a questi neuroni di attivarsi con gli ultrasuoni. Attraverso il sequenziamento genetico, hanno scoperto che gli ultrasuoni attivano il canale ionico TRPM2 nei neuroni nell’area preottica dell’ipotalamo. In una varietà di esperimenti, hanno dimostrato che TRPM2 è un canale ionico sensibile agli ultrasuoni e ha contribuito all’induzione di UIH. Testare il sistema nei ratti, animali che non vanno in letargo. Nel ratto, che naturalmente non va in torpore o ibernazione, il team ha testato lo stesso metodo e ha riscontrato una diminuzione della temperatura cutanea, in particolare nella regione del tessuto adiposo bruno, nonché un calo di circa 1ºC della temperatura corporea. simile a un letargo naturale. “UIH ha il potenziale per affrontare l’obiettivo a lungo cercato di ottenere un’induzione del torpore sicura e non invasiva, che è stata perseguita dalla comunità scientifica almeno dagli anni ’60“, osserva Chen. “La stimolazione ultrasonica possiede una capacità unica di raggiungere in modo non invasivo le regioni profonde del cervello con un’elevata precisione spaziale e temporale nei cervelli animali e umani“. Indubbiamente, raggiungere un meccanismo efficiente per indurre l’ibernazione è un obiettivo molto succoso a causa delle sue molteplici applicazioni. “Questo è un progresso significativo, poiché è il primo a utilizzare una tecnologia non invasiva“, afferma Matteo Cerri, professore associato di Fisiologia presso il Dipartimento di Scienze biomediche e neuromotorie dell’Università di Bologna. “Il limite principale è l’effetto molto modesto della tecnologia nei ratti (sebbene presente). Pertanto, c’è ancora del lavoro da fare. Potremmo andare verso un sistema composito, che può fondere la stimolazione ultrasonica con i farmaci per ottenere un significativo ipometabolismo negli esseri umani“. Da parte sua, Vladyslav Vyazovskiy, Professore di Fisiologia del Sonno all’Università di Oxford (Regno Unito) sottolinea alla stessa piattaforma che, sebbene sia probabile che in futuro verrà indotto uno stato di ibernazione negli esseri umani, “i meccanismi neurofisiologici e le molecole sottostanti possono essere molto diverse da quelle di altri animali“. “Ad esempio, il torpore quotidiano può essere indotto nei topi dal digiuno acuto, e questo non si verifica negli esseri umani, per quanto ne sappiamo. Gli ibernatori stagionali iniziano a prepararsi per l’ibernazione molte settimane prima che si verifichi l’ibernazione e ciò può avvenire anche senza alcun input esterno. Gli esseri umani sono meno stagionali e quindi i meccanismi e il significato dell’ibernazione negli esseri umani possono essere molto diversi”, conclude l’esperto.
