Anabiose: tegnologie van diepvriesing van mense

2024 Outeur: Seth Attwood | [email protected]. Laas verander: 2023-12-16 15:56

Verlede week het’n groep kundiges in New Orleans bymekaargekom om die moontlikheid te bestudeer om mense in “sintetiese” winterslaap, of kunsmatige winterslaap, te dompel. Wetenskaplikes leer uit die natuur deur te probeer om die faktore te verstaan wat lei tot winterslaap en herontwaking by diere.

Geen fliek oor interstellêre reis is voltooi sonder diep slaap nie. “Prometheus”, “Passasiers”, oral sien ons hoe die hoofkarakters in winterslaapkajuite wakker word, hul brose fisiologie herbegin vanuit’n lang toestand van onbeweeglike fossiel – dikwels met die uitbarsting van maagvloeistowwe, dit wil sê bloot braking. Hierdie brutale proses blyk sin te maak. Mense hiberneer immers nie natuurlik nie. Maar 'n klein groepie wetenskaplikes probeer om die natuur te oorkom en mense in kunsmatige winterslaap te plaas. As dit suksesvol is, kan hulle veroudering vertraag, lewensgevaarlike siektes genees en ons na Mars en verder neem.

Verlede week het’n groep kundiges in New Orleans bymekaargekom om die moontlikheid te bestudeer om mense in “sintetiese” winterslaap, of kunsmatige winterslaap, te dompel. Wetenskaplikes leer uit die natuur deur te probeer om die faktore te verstaan wat lei tot winterslaap en herontwaking by diere.

Die misterie van winterslaap

Wat kan beter wees om lang tye van die lewe te oorkom in toestande van dreigende koue en gebrek aan kos as om in diep bewusteloosheid te dompel? Die meeste van die dierewêreld gaan in winterslaap: bere, eekhorings, krimpvarkies. Selfs ons primaat-neefs, die vetstertlemur, daal hul metaboliese tempo wanneer voedselvoorrade afneem.

Hoe gaan dit met ons? Alhoewel ons ongelukkig nie hiberneer nie, dui sommige "wonderwerke" daarop dat metaboliese diepvriesing kan help om ons beskadigde liggame vir die toekoms te bewaar.

In 1999 het die radioloog Anna Bagenholm deur die ys geval terwyl sy in Noorweë geski het. Teen die tyd dat sy gered is, was sy al meer as 80 minute onder die ys. Na alles, klinies was sy dood - geen asem, geen pols. Haar liggaamstemperatuur het tot’n ongekende 13,7 grade Celsius gedaal.

Toe die dokters haar bloed egter geleidelik verhit het, het haar liggaam stadig genees. Die volgende dag is die hart weer begin. Twaalf dae later het sy haar oë oopgemaak. Sy het uiteindelik ten volle herstel.

Bagenholm se geval is net een leidraad dat mense die vermoë het om te herstel van erg depressiewe metaboliese toestande. Dokters het jare lank terapeutiese hipotermie gebruik, wat liggaamstemperatuur oor 'n paar dae met 'n paar grade verlaag het, om pasiënte te help om breinbesering of vertraagde epilepsie te hanteer.

Vinnige afkoeling help om weefsels te bewaar wat van die bloedtoevoer afgesny is, sodat hulle minder suurstof benodig om te funksioneer. In China het eksperimente mense tot twee weke lank gevries gehou.

Die belofte van terapeutiese hipotermie is so groot dat NASA in 2014 'n vennootskap met SpaceWorks in Atlanta aangegaan het en voorafbefondsing verskaf het vir 'n ruimtereis hibernator vir 'n sending na Mars.

Alhoewel 'n vlug na die ruimte net 'n paar maande duur, kan die omvang van ruimtevaarders in 'n onaktiewe toestand die hoeveelheid voedsel wat benodig word en die grootte van die habitat ernstig verminder. Aan die slaap raak kan ook ernstige newe-effekte van lae swaartekrag voorkom, soos veranderinge in serebrospinale vloeistofvloei, wat visie negatief kan beïnvloed. Direkte spierstimulasie, met vergunning van die hibernasie-wieg, kan spierverlies in nul-swaartekrag toestande voorkom, en 'n diep toestand van bewusteloosheid kan moontlik sielkundige probleme soos verveling en eensaamheid verminder.

Die projek het die tweede fase van befondsing betree, maar baie vrae bly daaroor. Een van hulle word geassosieer met die feit dat langdurige hipotermie 'n verskriklike uitwerking op die gesondheid het: bloedklonte, bloeding, infeksie, lewerversaking kan voorkom. Op 'n ruimtetuig sonder gesofistikeerde mediese toestelle kan hierdie komplikasies dodelik wees.

Nog’n probleem is dat ons nie ten volle verstaan wat met die dier gebeur wanneer dit in hibernasie gaan nie. Dit is wat die New Orleans-konferensie probeer oplos het.

Biologiese inspirasie

Dr. Hannah Carey van die Universiteit van Wisconsin glo dat die moontlikheid van onderdompeling in hibernasie nie in medisyne gesoek moet word nie, maar in die natuur.

Carey bestudeer die winterslaapgewoontes van die landeekhoring, 'n klein omnivore knaagdier wat in die Noord-Amerikaanse prairies rondloop. Van laat September tot Mei hiberneer die grondeekhoring in ondergrondse gate en oorleef strawwe winters.

Een van Carey se eienaardige waarnemings is dat lae metaboliese tempo's nie die hele winter hou nie. Van tyd tot tyd kom slapende diere vir 'n halwe dag uit hul verdorwenheid, wat hul liggaamstemperatuur tot 'n normale vlak verhoog. Diere eet of drink egter steeds nie gedurende hierdie tydperke nie.

Neurowetenskaplikes het lank probeer om 'n omvattende lys van die voordele van slaap saam te stel. Navorsing toon byvoorbeeld dat slaap die brein help om giftige afval uit die limfatiese stelsel te verwyder en die brein se sinapse te laat “herlaai”. As hibernasie op sigself tot 'n toestand van slaaptekort lei, kan periodieke slaap hiermee help?

Ons weet nog nie. Maar Carey glo dat die resultate van dierestudies toon dat die bestudering van die biologie van natuurlike hibernasie in die soeke na menslike winterslaap meer resultate sal oplewer as om mediese praktyke toe te pas wat op hipotermie gebaseer is, dit wil sê hipotermie.

Kunsmatige onderdompeling in slaap

Terwyl Carey en Vyazovsky ondersoek hoe hibernasie diere help om gesond te bly, het dr. Matteo Serri van die Universiteit van Bologna in Italië 'n effens ander pad geneem: hoe om gevoelloosheid kunsmatig te veroorsaak by diere wat nie hiberneer nie?

Die antwoord kan in 'n klein groepie neurone in die raphe pallidus-breinstreek lê. Aangesien metabolisme dramaties vertraag tydens winterslaap, sal hormonale en breinmeganismes waarskynlik hierdie proses veroorsaak.

In 2013 was sy span wetenskaplikes een van die eerstes wat rotte in hibernasie geplaas het. Gewoonlik slaap hierdie diere nie in die winter nie. Hulle is met 'n chemiese middel in raphe pallidus ingespuit om neuronale aktiwiteit te inhibeer. Hierdie neurone is gewoonlik betrokke by "termoregulerende beskerming teen koue," sê Serry, wat beteken dat hulle biologiese reaksies veroorsaak wat die afname in liggaamstemperatuur teëwerk.

Die rotte is toe in 'n donker, koue kamer geplaas en 'n dieet hoog in vet gevoer, wat bekend is om metaboliese tempo te verminder.

Die afskakeling van die beskermende neurone vir ses uur het gelei tot 'n skerp daling in temperatuur in die rotte se brein. Hul hartklop en bloeddruk het ook verlangsaam en gedaal. Uiteindelik het die patroon van breingolwe begin lyk soos die patroon van die golwe van diere in 'n toestand van natuurlike hibernasie.

Die interessantste was dat toe die wetenskaplikes die "behandeling" gestaak het, die rotte herstel het - die volgende dag het hulle geen tekens van abnormale gedrag getoon nie.

Vorige pogings om torpor te veroorsaak in diere wat nie hiberneer nie, het misluk, maar hierdie studie het getoon dat inhibisie van neurone in raphe pallidus noodsaaklik is om 'n torpor-agtige toestand te veroorsaak.

As hierdie resultate deur die voorbeeld van groter soogdiere bevestig word, sal dit sin maak om oor te gaan na hibernasie by mense. Serri en ander werk daaraan om die brein se beheer oor gevoelloosheid verder te ontleed en hoe om dit te kap om die brein in hibernasie te plaas.

Wat is volgende?

Die onderdompeling van 'n persoon in 'n toestand van hibernasie, hibernasie, opgeskorte animasie - noem dit wat jy wil - is nog ver van die werklikheid. Maar navorsingsresultate openbaar geleidelik molekulêre en neuronale faktore wat ons in teorie 'n diepvriestoestand kan gee.