El interruptor en el cerebro del ratón provoca un sueño profundo similar a la hibernación
Un viejo tropo de ciencia ficción imagina a los viajeros espaciales entrando en animación suspendida a medida que ingresan al espacio profundo. Más cercano a la realidad es el esfuerzo real por ralentizar los procesos biológicos a una fracción de su velocidad normal reemplazando la sangre con solución salina helada para prevenir la muerte celular en traumatismos graves. Pero las infusiones salinas u otras medidas especiales no son ideales para bajar el metabolismo del cuerpo porque corren el riesgo de dañar el tejido.
Engatusar al propio animal a un modo de bajo consumo es una mejor solución. Para algunos animales, el estado natural de hipotermia es común. La hibernación es un ejemplo obvio. Cuando los osos, murciélagos u otros animales hibernan, experimentan múltiples estados hipometabólicos, llamados entumecimiento, durante varios días, con períodos ocasionales de mayor excitación. Los ratones entraron en un estado conocido como entumecimiento diario, que duró solo unas pocas horas, para conservar energía cuando la comida escaseaba.
Los mecanismos que controlan el entumecimiento y otros estados hipotérmicos (el descenso de la temperatura corporal por debajo de los 37 grados centígrados) son en gran parte desconocidos.Dos estudios independientes publicados en naturaleza Las neuronas que inducen este estado cuando los ratones son estimulados fueron identificadas el jueves. Este trabajo allana el camino para comprender cómo se inician y controlan estas condiciones. En última instancia, también podría ayudar a encontrar formas de inducir un estado hipotérmico en humanos que podría resultar útil en un entorno médico. Más especulativamente, estos métodos algún día pueden aproximarse a las reflexiones sobre la animación suspendida que aparecen en las películas.
Uno de los dos estudios fue realizado por el neurocientífico Takeshi Sakurai y sus colegas de la Universidad de Tsukuba en Japón. Comenzó con el descubrimiento contradictorio de un péptido llamado QRFP. El equipo demostró que inyectarlo en animales en realidad aumentó su actividad. Pero cuando los investigadores activaron las neuronas que producían los péptidos en ratones, se sorprendieron gratamente. «Los ratones estaban inmóviles y muy fríos: lo contrario de lo que esperaban», dijo Genshiro Sunagawa del Centro RIKEN para la Investigación de Dinámica de Biosistemas en Japón, quien codirigió el estudio. La tasa metabólica de los animales (medida por el consumo de oxígeno), la temperatura corporal, la frecuencia cardíaca y la respiración se redujeron.
QRFP en sí no está involucrado en la alteración de la tasa metabólica en ratones. De hecho, la temperatura corporal más baja y otras medidas no desaparecieron cuando se eliminó el gen del péptido. Pero el gen parece ser un hito que podría llevar a los investigadores a la neurona asociada que reduce el metabolismo.
El péptido QRFP se encuentra en muchas partes del cuerpo, pero es especialmente frecuente en el hipotálamo, una región del cerebro importante para la termorregulación. Sabiendo esto, los investigadores utilizaron una técnica llamada quimiogenética, en la que las neuronas se modifican genéticamente para que puedan activarse con medicamentos, para buscar neuronas en el hipotálamo responsables de este efecto. Descubrieron que la activación de las neuronas QRFP indiscriminadamente producía estados que persistían durante horas. Y la activación selectiva de neuronas en partes específicas del hipotálamo puso a los animales en un estado de hibernación que duró más de dos días.
Durante este tiempo, el metabolismo de los ratones se mantuvo adecuadamente regulado. Posteriormente, el roedor volvió a la vida espontáneamente y salió ileso, como si estuviera hibernando. El equipo denominó a estas células específicas neuronas Q y nombró el estado en el que se encontraban los animales en hipotermia e hipometabolismo inducidos por neuronas Q (QIH). Más simplemente, estas propiedades describen el entumecimiento o la hibernación.
Los investigadores realizaron experimentos similares en ratones que no entraron en letargo de forma natural y observaron el mismo efecto. Incluso los ratones no hibernan de forma natural durante días seguidos como lo hicieron en estos experimentos. El metabolismo reducido de los animales puede prolongar los efectos de la droga, que generalmente desaparece en unas cuatro horas. Pero Sunagawa favorece otra interpretación: «Tal vez sea como accionar un interruptor. Después de eso, algún otro sistema permanece durante un tiempo», dijo. «Creemos que este sistema puede existir en otros mamíferos».
El segundo estudio, dirigido por la neurobióloga Sinisa Hrvatin de la Escuela de Medicina de Harvard, indujo entumecimiento en ratones privándolos de alimentos. El equipo usó herramientas quimiogenéticas para modificar las neuronas que estaban activas cuando los animales entraron en hibernación para que produjeran un receptor que pudiera ser activado por un fármaco. Más tarde, inyectó a los ratones el fármaco para reactivar las neuronas y descubrió que incluso con comida, al hacerlo se inducía un estado de entumecimiento que disminuía el metabolismo de los animales. «La pregunta es: si capturamos la actividad cerebral en el entumecimiento y luego reestimulamos esas neuronas, ¿es eso suficiente para inducir el entumecimiento?», dijo Hvartin. “Nos sorprendió que la respuesta fuera sí.” Los investigadores demostraron que la activación de las neuronas en la misma región del hipotálamo que encontraron Sakurai y sus colegas fue suficiente para desencadenar el entumecimiento. También bloquearon la actividad de estas neuronas, interrumpiendo la capacidad de los ratones para entrar en letargo. «Cuando haces una investigación como esta, te quedas atascado», dijo el neurocientífico Michael Greenberg, autor principal del segundo artículo. «Así que es tranquilizador y un alivio cuando dos estudios provienen de perspectivas tan diferentes y parecen unificar algo».
El estudio proporciona nuevos conocimientos sobre una región del cerebro conocida por controlar los estados corporales básicos. «Sabemos que el hipotálamo coordina la mayoría de los procesos autónomos del cuerpo, como la termorregulación, la circulación, el peso y el equilibrio energético», dice el fisiólogo Gerhard Heldmaier de la Universidad Philips en Marburg, Alemania, que no participó en el trabajo. «A partir de estos estudios, aprendimos que las neuronas hipotalámicas no solo aseguran la estabilidad, sino que también transfieren este control de la vida en el carril rápido a la vida en el carril lento».
El siguiente paso clave es estudiar más especies. «Será interesante ver cómo estas células difieren entre las que hibernan y las que no hibernan», dijo Heldmaier. “Si su activación adecuada provocaría que los no hibernadores hibernaran.” La atención se centrará en comprender cómo funciona este sistema biológico. «¿Qué significa que una célula esté adormecida?», preguntó Hwatin. «Si comprende esto a nivel molecular, es posible que pueda proteger el cerebro del daño isquémico, como el accidente cerebrovascular más común, e incluso las enfermedades neurodegenerativas».
Queda por ver si estos estados pueden ser inducidos en humanos. El sistema termorregulador de los pequeños mamíferos es muy diferente al de los mamíferos más grandes, por lo que no está claro si estas neuronas tendrían el mismo efecto. «¿Es posible cambiar el punto de ajuste humano? ¿Cuánto? No lo sé», dijo Helvatin. “Hay muchos problemas sin resolver.” Sunagawa sueña con el intervalo de “hibernación todos los días”. «Si podemos entender el papel del sueño, tal vez podamos combinar el sueño y la hibernación» y retrasar el envejecimiento, dijo.Tesis del grupo Sunagawa naturaleza Incluso hay un artículo que especula para inducir esta inactividad para los astronautas que ingresan al espacio profundo.
