Индуцирование состояния, похожего на гибернацию, у мышей может защитить органы во время операции на сердце

Исследователи во главе с Хидетоши Масумото и Генширо Сунагавой из Центра исследований динамики биосистем RIKEN (BDR) в Японии разработали новый метод защиты органов во время операций на и аорте, когда необходимо блокировать кровообращение. Вместо того, чтобы полагаться на низкие температуры, чтобы вызвать гипометаболизм и снизить потребность в кислороде, метод работает путем стимуляции Q-нейронов в мозге, которые замедляют метаболизм до состояния, подобного гибернации. В этом экспериментальном исследовании процедура защитила почки мышей от повреждения из-за недостатка кислорода и позволила избежать вредных побочных эффектов, связанных с длительной гипотермией. Полученные результаты могут привести к новым способам выполнения подобных операций у людей.


При некоторых видах операций на сердце и аорте врачи должны прекратить кровообращение, поскольку они работают над восстановлением аорты. В течение последних 50 лет этот тип хирургии выполнялся после использования низких температур, чтобы вызвать глубокую гипотермию, которая замедляет обмен веществ в организме, так что органы могут выжить с очень небольшим количеством кислорода. Хотя это эффективно для защиты таких органов, как почки, оно также снижает свертываемость крови, вызывая чрезмерное кровотечение и потребность в переливании крови.

Масумото и его команда в RIKEN BDR искали способы замедлить метаболизм, не вызывая гипотермии. Мы знаем, что многие животные, такие как медведи и белки, могут впадать в спячку и что, несмотря на чрезвычайно медленный метаболизм во время спячки, они просыпаются здоровыми. Однако, как и большинство животных, люди не впадают в спячку. Это был конец истории, пока несколько лет назад группа Сунагавы не открыла способ вызвать состояние, подобное спячке, у мышей — животных, которые обычно не впадают в спячку. «Если мы сможем их вызвать, появится много возможностей для использования состояний, подобных гибернации, в сердечно-сосудистой медицине, реанимации или других случаях, когда защита органов с помощью гипотермии недостаточна или неуместна», — говорит Сунагава.

Но сначала эффективность метода необходимо проверить на животных моделях. Новое исследование является первой клинической реализацией этого метода и проверило его эффективность на мышиной модели на аорте, требующей остановки кровообращения. Предыдущие исследования группы показали, что гипометаболизм на уровне гибернации может быть достигнут путем активации специальных нейронов в гипоталамусе мозга, называемых Q-нейронами. Хемогенетическая биотехнология позволила исследователям вызвать активацию этих специфических нейронов с помощью инъекции. Они сравнили четыре группы модельных мышей, которые различались тем, использовались ли низкие температуры для индукции гипометаболизма и активировались ли Q-нейроны.

Повреждение почек и почечная функция оценивались по уровням биомаркеров в крови. Анализ показал, что гипометаболизм, индуцированный Q-нейронами при нормальной температуре, защищает почки так же, как и гипотермия. «Благодаря этим результатам мы теперь знаем, что состояния, подобные гибернации, индуцированные Q-нейронами, можно использовать для защиты органов», — говорит Масумото.

Конечной целью исследований Масумото и Сунагавы является замедление обмена веществ у людей во время операций на сердце или по другим медицинским показаниям с использованием некоторых вариаций этой техники. Но поскольку Q-нейроны у людей не могут быть избирательно активированы, как у экспериментально созданных мышей, команда сейчас ищет способы защиты органов ниже по течению от мозга. «Активация Q-нейронов запускает некоторую последовательность биологических событий, которая позволяет органам существовать в гипометаболическом состоянии в течение нескольких дней», — объясняет Сунагава. «Как только мы точно узнаем, что это за события, мы уверены, что можем вызвать их фармакологически в организме, без необходимости сначала активировать Q-нейроны».