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Dos ratones del experimento, el de la derecha en un estado sintético similar a la hibernación: su imagen especular en infrarrojos (en azul) es completamente diferente de la del ratón no hibernado. Foto: Universidad de Tsukuba.
Investigadores japoneses han descubierto unas células específicas en el cerebro del ratón que podrían estar detrás de la activación de los estados de hibernación.
El mecanismo de hibernación en animales es una respuesta al frío del invierno, en el que el metabolismo se ralentiza y la temperatura corporal baja hasta un nuevo punto de ajuste, como cuando bajamos el termostato en invierno para reducir el consumo de energía. A esto le acompaña una bajada del ritmo cardíaco y de la respiración, así como menos actividad cerebral; lo necesario para mantener el cuerpo del animal sano hasta que despierte.
Aunque los ratones no hibernan, la activación de un tipo concreto de células en el cerebro del ratón, llamadas neuronas Q, los hizo entrar en un estado similar a la hibernación durante varios días, según el equipo autor de esta investigación, dirigida por Takeshi Sakurai, de la Universidad de Tsukuba, y por Genshiro Sunagawa, del Centro RIKEN para la Investigación de Dinámica de Biosistemas.
Sakurai afirma en un comunicado: "Los ratones exhibieron cualidades distintivas que cumplían los criterios de hibernación. En particular, el punto de ajuste de la temperatura corporal bajó de aproximadamente 36°C a aproximadamente 27°C, y el cuerpo funcionó normalmente para mantener una temperatura corporal más baja alrededor de 22°C, incluso cuando la temperatura ambiente circundante se redujo drásticamente”.
Todo indica que las neuronas Q pueden activarse sintéticamente aplicando productos químicos o directamente luz, sin que se observen efectos adversos en el comportamiento del ratón o daño en sus tejidos y órganos. Igualmente, el corazón y la respiración del ratón se ralentizaron durante el proceso sin consecuencias.
Takahashi añade: "Aún más sorprendente es que pudimos inducir un estado hipometabólico similar en ratas, una especie que no hiberna ni tiene letargo diario. Hay razones médicas para querer colocar a las personas en animación suspendida, como durante el transporte de emergencia o en condiciones críticas como la neumonía grave, cuando la demanda de oxígeno no puede ser satisfecha", lo que implica que podría ser posible aplicarla en casi todos los mamíferos, incluidos los humanos.
También el letargo
Esta no ha sido la única investigación que ha comprobado la posibilidad de inducir la animación suspendida, aunque en este caso se trata de letargo en vez de hibernación.
En un segundo artículo publicado también en Nature, neurocientíficos de la Facultad de Medicina de Harvard han descubierto una población de neuronas en el hipotálamo que controla el letargo en ratones, revelando por primera vez los circuitos neuronales que regulan este estado.
Este equipo demostró que, cuando se estimulan estas neuronas, los ratones entran en letargo y pueden mantenerse en ese estado más tiempo que durante el letargo natural, pasando de horas a días. Cuando se bloquea la actividad de estas neuronas, se interrumpe el letargo.
Dos comprobaciones
De esta forma, podemos decir que dos equipos de investigación, uno en Japón y otro en Estados Unidos, han descubierto de forma independiente y por sistemas diferentes, una población de neuronas hipotalámicas en ratones que inducen la baja temperatura corporal, el metabolismo reducido y la inactividad característica de la animación suspendida, ya sea en forma de hibernación o de letargo.
Entre los dos han descubierto cómo la animación suspendida está regulada centralmente por el cerebro. Ambos coinciden en que está relacionada con un conjunto de neuronas del hipotálamo, pero todavía no se sabe si son las mismas neuronas con las que han trabajado ambos investigadores. Lo único cierto es que están comunicadas entre sí durante el proceso de hibernación y de letargo.
Los japoneses trabajaron con un pequeño puñado de células del hipotálamo llamadas neuronas Q, que expresan un neuropéptido particular llamado péptido de amida de RF piroglutamilado (QRFP).
Los investigadores norteamericanos trabajaron con otras neuronas del hipotálamo que expresan el gen del polipéptido activador de adenilato ciclasa hipofisaria (PACAP).
Activando o desactivando ambos grupos de neuronas se consigue el estado de animación suspendida: la práctica japonesa consigue una hibernación de varios días. La norteamericana consigue el letargo y que además dure también varios días.
El mecanismo de hibernación en animales es una respuesta al frío del invierno, en el que el metabolismo se ralentiza y la temperatura corporal baja hasta un nuevo punto de ajuste, como cuando bajamos el termostato en invierno para reducir el consumo de energía. A esto le acompaña una bajada del ritmo cardíaco y de la respiración, así como menos actividad cerebral; lo necesario para mantener el cuerpo del animal sano hasta que despierte.
Aunque los ratones no hibernan, la activación de un tipo concreto de células en el cerebro del ratón, llamadas neuronas Q, los hizo entrar en un estado similar a la hibernación durante varios días, según el equipo autor de esta investigación, dirigida por Takeshi Sakurai, de la Universidad de Tsukuba, y por Genshiro Sunagawa, del Centro RIKEN para la Investigación de Dinámica de Biosistemas.
Sakurai afirma en un comunicado: "Los ratones exhibieron cualidades distintivas que cumplían los criterios de hibernación. En particular, el punto de ajuste de la temperatura corporal bajó de aproximadamente 36°C a aproximadamente 27°C, y el cuerpo funcionó normalmente para mantener una temperatura corporal más baja alrededor de 22°C, incluso cuando la temperatura ambiente circundante se redujo drásticamente”.
Todo indica que las neuronas Q pueden activarse sintéticamente aplicando productos químicos o directamente luz, sin que se observen efectos adversos en el comportamiento del ratón o daño en sus tejidos y órganos. Igualmente, el corazón y la respiración del ratón se ralentizaron durante el proceso sin consecuencias.
Takahashi añade: "Aún más sorprendente es que pudimos inducir un estado hipometabólico similar en ratas, una especie que no hiberna ni tiene letargo diario. Hay razones médicas para querer colocar a las personas en animación suspendida, como durante el transporte de emergencia o en condiciones críticas como la neumonía grave, cuando la demanda de oxígeno no puede ser satisfecha", lo que implica que podría ser posible aplicarla en casi todos los mamíferos, incluidos los humanos.
También el letargo
Esta no ha sido la única investigación que ha comprobado la posibilidad de inducir la animación suspendida, aunque en este caso se trata de letargo en vez de hibernación.
En un segundo artículo publicado también en Nature, neurocientíficos de la Facultad de Medicina de Harvard han descubierto una población de neuronas en el hipotálamo que controla el letargo en ratones, revelando por primera vez los circuitos neuronales que regulan este estado.
Este equipo demostró que, cuando se estimulan estas neuronas, los ratones entran en letargo y pueden mantenerse en ese estado más tiempo que durante el letargo natural, pasando de horas a días. Cuando se bloquea la actividad de estas neuronas, se interrumpe el letargo.
Dos comprobaciones
De esta forma, podemos decir que dos equipos de investigación, uno en Japón y otro en Estados Unidos, han descubierto de forma independiente y por sistemas diferentes, una población de neuronas hipotalámicas en ratones que inducen la baja temperatura corporal, el metabolismo reducido y la inactividad característica de la animación suspendida, ya sea en forma de hibernación o de letargo.
Entre los dos han descubierto cómo la animación suspendida está regulada centralmente por el cerebro. Ambos coinciden en que está relacionada con un conjunto de neuronas del hipotálamo, pero todavía no se sabe si son las mismas neuronas con las que han trabajado ambos investigadores. Lo único cierto es que están comunicadas entre sí durante el proceso de hibernación y de letargo.
Los japoneses trabajaron con un pequeño puñado de células del hipotálamo llamadas neuronas Q, que expresan un neuropéptido particular llamado péptido de amida de RF piroglutamilado (QRFP).
Los investigadores norteamericanos trabajaron con otras neuronas del hipotálamo que expresan el gen del polipéptido activador de adenilato ciclasa hipofisaria (PACAP).
Activando o desactivando ambos grupos de neuronas se consigue el estado de animación suspendida: la práctica japonesa consigue una hibernación de varios días. La norteamericana consigue el letargo y que además dure también varios días.
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Posibilidades humanas
Aunque los resultados obtenidos por ambos grupos son importantes, todavía queda por averiguar si ambos mecanismos cerebrales que regulan la animación suspendida son aplicables a los seres humanos.
El equipo japonés considera al respecto que es posible imaginar intervalos de hibernación diaria en seres humanos y tal vez combinar ese estado con el periodo de sueño. No descarta que pueda aplicarse también a astronautas que viajen por el espacio profundo.
En cualquier caso, si el mismo mecanismo funciona en seres humanos, podría usarse también para proteger contra accidentes cerebrovasculares, ataques cardíacos y diversos traumas.
Aunque los resultados obtenidos por ambos grupos son importantes, todavía queda por averiguar si ambos mecanismos cerebrales que regulan la animación suspendida son aplicables a los seres humanos.
El equipo japonés considera al respecto que es posible imaginar intervalos de hibernación diaria en seres humanos y tal vez combinar ese estado con el periodo de sueño. No descarta que pueda aplicarse también a astronautas que viajen por el espacio profundo.
En cualquier caso, si el mismo mecanismo funciona en seres humanos, podría usarse también para proteger contra accidentes cerebrovasculares, ataques cardíacos y diversos traumas.
Referencias
A discrete neuronal circuit induces a hibernation-like state in rodents. Tohru M. Takahashi el al. Nature (2020). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-020-2163-6
Neurons that regulate mouse torpor. Sinisa Hrvatin et al. Nature (2020). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2387-5
A discrete neuronal circuit induces a hibernation-like state in rodents. Tohru M. Takahashi el al. Nature (2020). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-020-2163-6
Neurons that regulate mouse torpor. Sinisa Hrvatin et al. Nature (2020). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2387-5
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