créer une méthode pour induire la torpeur avec des ultrasons

Les chercheurs se demandent depuis des décennies si un état similaire pourrait être induit chez l’homme pour “arrêter” des maladies potentiellement mortelles (par exemple, lorsque le métabolisme est réduit, les cellules ont besoin de moins d’oxygène, donc dans des maladies telles que les accidents vasculaires cérébraux ou l’insuffisance cardiaque, l’hibernation peut être neuroprotectrice ) ou pour réaliser le rêve d’un voyage spatial au-delà de la Lune (en fait, la première visite humaine sur Mars, prévue pour la prochaine décennie, serait grandement simplifiée avec ce système). Pour le moment, il n’y a pas de méthode, mais la science avance à petits pas. La dernière est d’induire cet état chez la souris -qui hiberne naturellement- et chez le rat -qui n’hiberne pas- en utilisant des ultrasons. Les résultats viennent d’être publiés dans la revue ‘Métabolisme naturel’.

Concrètement, l’équipe dirigée par Hong Chen, ingénieur biomédical de l’université de Washington à St. Louis, a induit un état de léthargie qu’ils ont nommé « torpeur » chez des rats et des souris à l’aide d’un système à ultrasons qui stimule l’aire préoptique de l’hypothalamus chez le cerveau, qui aide à réguler la température corporelle et le métabolisme.

Une méthode de réussite

Lorsqu’elles ont été stimulées, les souris ont montré une baisse de la température corporelle d’environ 3 degrés Celsius pendant environ une heure. De plus, le métabolisme des souris a montré un passage de l’utilisation des glucides et des graisses pour l’énergie à la seule graisse, une caractéristique clé de la torpeur, et leur fréquence cardiaque a chuté d’environ 47 %, tout en étant à température ambiante.

L’équipe a également constaté qu’à mesure que la pression acoustique et la durée des ultrasons augmentaient, la profondeur de la température corporelle inférieure et le métabolisme plus lent augmentaient également, connus sous le nom d’hypothermie et d’hypométabolisme induits par les ultrasons (UIH).

“Nous avons développé un contrôleur de rétroaction automatique en boucle fermée pour obtenir une hypothermie et un hypométabolisme induits par les ultrasons stables et durables en contrôlant la sortie des ultrasons”, explique Chen. «Le contrôleur de rétroaction en boucle fermée a réglé la température corporelle cible à moins de 34 ° C, ce qui était précédemment signalé comme étant critique pour la torpeur naturelle chez la souris. Cette UIH contrôlée par rétroaction a maintenu la température corporelle de la souris à 32,95 ° C pendant environ 24 heures et a retrouvé une température normale après l’arrêt de l’échographie.

Pour savoir comment l’hypothermie et l’hypométabolisme induits par les ultrasons sont activés, l’équipe a étudié la dynamique d’activité des neurones de la zone préoptique de l’hypothalamus en réponse aux ultrasons. Ils ont observé une augmentation constante de l’activité neuronale en réponse à chaque impulsion ultrasonore, qui correspondait aux changements de température corporelle des souris.

“Ces résultats ont révélé que l’UIH était causée par l’activation par ultrasons de neurones dans la zone préoptique de l’hypothalamus”, explique le chercheur. “Notre découverte selon laquelle la stimulation transcrânienne de la zone préoptique de l’hypothalamus était suffisante pour induire l’UIH a révélé le rôle central de cette zone dans l’orchestration d’un état torpide chez la souris.”

Chen et son équipe voulaient également trouver la molécule qui permettrait à ces neurones de se déclencher avec des ultrasons. Grâce au séquençage génétique, ils ont découvert que les ultrasons activaient le canal ionique TRPM2 dans les neurones de la zone préoptique de l’hypothalamus. Dans une variété d’expériences, ils ont démontré que TRPM2 est un canal ionique sensible aux ultrasons et a contribué à l’induction de l’UIH.

Test du système sur des rats, des animaux qui n’hibernent pas

Chez le rat, qui ne rentre pas naturellement en torpeur ou en hibernation, l’équipe a testé la même méthode et a constaté une diminution de la température cutanée, notamment au niveau du tissu adipeux brun, ainsi qu’une baisse d’environ 1°C de la température corporelle, ressemblant à une léthargie naturelle.

“L’UIH a le potentiel d’atteindre l’objectif longtemps recherché d’obtenir une induction sûre et non invasive de la torpeur, qui est poursuivie par la communauté scientifique depuis au moins les années 1960”, note Chen. “La stimulation par ultrasons possède une capacité unique à atteindre de manière non invasive les régions profondes du cerveau avec une grande précision spatiale et temporelle dans les cerveaux animaux et humains.”

La communauté scientifique, divisée

Sans aucun doute, la réalisation d’un mécanisme efficace pour induire l’hibernation est un objectif très juteux en raison de ses multiples applications. “Il s’agit d’une avancée significative, car c’est la première à utiliser une technologie non invasive”, déclare Matteo Cerri, professeur associé de physiologie au département des sciences biomédicales et neuromotrices de l’université de Bologne (Italie) pour SMC Espagne. « La principale limitation est l’effet très modeste de la technologie chez le rat (bien que présent). Il reste donc du travail à faire. Nous nous dirigeons peut-être vers un système composite, qui peut fusionner la stimulation par ultrasons avec des médicaments pour obtenir un hypométabolisme significatif chez l’homme.”

De son côté, Vladyslav Vyazovskiy, professeur de physiologie du sommeil à l’université d’Oxford (Royaume-Uni) souligne auprès de la même plateforme que, bien qu’il soit probable qu’un état d’hibernation soit induit chez l’homme dans le futur, “les mécanismes neurophysiologiques et les molécules sous-jacentes peuvent être très différentes de celles des autres animaux.” «Par exemple, la torpeur quotidienne peut être induite chez la souris par un jeûne aigu, et cela ne se produit pas chez l’homme, à notre connaissance. Les hibernants saisonniers commencent à se préparer à l’hibernation plusieurs semaines avant que l’hibernation ne se produise, et cela peut se produire même sans aucune intervention externe. Les humains sont moins saisonniers et donc les mécanismes et la signification de l’hibernation chez les humains peuvent être très différents », dit-il.