Anabiose: technologie van diepvriezen van mensen

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-16 16:13

Vorige week kwam een groep experts in New Orleans bijeen om de mogelijkheid te bestuderen om mensen onder te dompelen in een "synthetische" winterslaap, of kunstmatige winterslaap. Wetenschappers leren van de natuur door te proberen de factoren te begrijpen die leiden tot winterslaap en opnieuw ontwaken bij dieren.

Geen enkele film over interstellaire reizen is compleet zonder diepe slaap. "Prometheus", "Passengers", overal zien we hoe de hoofdpersonen wakker worden in winterslaapcabines, hun fragiele fysiologie herstarten vanuit een lange staat van onbeweeglijk fossiel - vaak met de uitbarsting van maagsappen, dat wil zeggen gewoon braken. Dit brute proces lijkt logisch. Mensen houden immers niet van nature een winterslaap. Maar een kleine groep wetenschappers probeert de natuur te overwinnen en mensen in kunstmatige winterslaap te brengen. Als ze succesvol zijn, kunnen ze veroudering vertragen, levensbedreigende ziekten genezen en ons naar Mars en verder brengen.

Vorige week kwam een groep experts in New Orleans bijeen om de mogelijkheid te bestuderen om mensen onder te dompelen in een "synthetische" winterslaap, of kunstmatige winterslaap. Wetenschappers leren van de natuur door te proberen de factoren te begrijpen die leiden tot winterslaap en opnieuw ontwaken bij dieren.

Het mysterie van de winterslaap

Wat is er beter voor het overwinnen van lange levensfasen in omstandigheden van dreigende kou en gebrek aan voedsel dan in diepe bewusteloosheid te duiken? Het grootste deel van de dierenwereld gaat in winterslaap: beren, eekhoorns, egels. Zelfs onze neven en nichten van primaten, de dikstaartmaki, kelderen hun stofwisseling wanneer de voedselvoorraad slinkt.

Hoe zit het met ons? Hoewel we helaas niet in winterslaap zijn, suggereren sommige "wonderen" dat metabolische diepvriezen ons beschadigde lichaam kan helpen behouden voor de toekomst.

In 1999 viel radioloog Anna Bagenholm door het ijs tijdens het skiën in Noorwegen. Tegen de tijd dat ze werd gered, lag ze al meer dan 80 minuten onder het ijs. In alle opzichten was ze klinisch dood - geen adem, geen hartslag. Haar lichaamstemperatuur zakte naar een ongekende 13,7 graden Celsius.

Toen de artsen haar bloed echter geleidelijk aan verhitten, genas haar lichaam langzaam. De volgende dag werd het hart opnieuw opgestart. Twaalf dagen later opende ze haar ogen. Ze herstelde uiteindelijk volledig.

Het geval van Bagenholm is slechts één aanwijzing dat mensen het vermogen hebben om te herstellen van ernstig depressieve stofwisselingstoestanden. Jarenlang hebben artsen therapeutische hypothermie toegepast, waarbij de lichaamstemperatuur gedurende meerdere dagen met enkele graden werd verlaagd om patiënten te helpen omgaan met hersenletsel of vertraagde epilepsie.

Snelle afkoeling helpt weefsels te behouden die zijn afgesneden van de bloedtoevoer, zodat ze minder zuurstof nodig hebben om te functioneren. In China hebben experimenten mensen tot twee weken bevroren gehouden.

De belofte van therapeutische hypothermie is zo groot dat NASA in 2014 samenwerkte met het in Atlanta gevestigde SpaceWorks en voorfinanciering voorzag voor een ruimtereis-overwinteraar voor een missie naar Mars.

Hoewel een vlucht naar de ruimte maar een paar maanden duurt, kan het inactief maken van astronauten de hoeveelheid voedsel die nodig is en de grootte van het leefgebied ernstig verminderen. In slaap vallen kan ook ernstige bijwerkingen van lage zwaartekracht voorkomen, zoals veranderingen in de stroming van hersenvocht, die het gezichtsvermogen negatief kunnen beïnvloeden. Directe spierstimulatie, dankzij de wieg van de winterslaap, kan spierverlies voorkomen in omstandigheden zonder zwaartekracht, en een diepe staat van bewusteloosheid kan mogelijk psychologische problemen zoals verveling en eenzaamheid minimaliseren.

Het project is de tweede financieringsfase ingegaan, maar er blijven nog veel vragen over. Een daarvan houdt verband met het feit dat langdurige onderkoeling een vreselijk effect heeft op de gezondheid: bloedstolsels, bloedingen, infecties en leverfalen kunnen optreden. Op een ruimtevaartuig zonder geavanceerde medische apparatuur kunnen deze complicaties fataal zijn.

Een ander probleem is dat we niet helemaal begrijpen wat er met het dier gebeurt als het in winterslaap gaat. Dit is wat de conferentie in New Orleans probeerde op te lossen.

Biologische inspiratie

Dr. Hannah Carey van de Universiteit van Wisconsin is van mening dat de mogelijkheid van onderdompeling in winterslaap niet in de geneeskunde moet worden gezocht, maar in de natuur.

Carey bestudeert de winterslaapgewoonten van de landeekhoorn, een klein allesetend knaagdier dat door de Noord-Amerikaanse prairies dwaalt. Van eind september tot mei overwintert de grondeekhoorn in ondergrondse holen en overleeft hij strenge winters.

Een van Carey's merkwaardige observaties is dat een lage stofwisseling niet de hele winter aanhoudt. Af en toe slapende dieren komen een halve dag uit hun verdoving, waardoor hun lichaamstemperatuur op een normaal niveau komt. Toch eten of drinken dieren in deze periodes nog steeds niet.

Neurowetenschappers hebben lang geprobeerd een uitgebreide lijst van de voordelen van slaap samen te stellen. Onderzoek toont bijvoorbeeld aan dat slaap de hersenen helpt om giftige afvalstoffen uit het lymfestelsel te verwijderen en de synapsen van de hersenen "opnieuw opstarten". Als winterslaap op zich al leidt tot een toestand van slaaptekort, kan periodieke slaap daarbij helpen?

We weten het nog niet. Maar Carey is van mening dat de resultaten van dierstudies aantonen dat bij het zoeken naar menselijke winterslaap, het bestuderen van de biologie van natuurlijke winterslaap meer resultaten zal opleveren dan het toepassen van medische praktijken op basis van onderkoeling, dat wil zeggen onderkoeling.

Kunstmatige onderdompeling in slaap

Terwijl Carey en Vyazovsky onderzoeken hoe een winterslaap dieren helpt gezond te blijven, sloeg Dr. Matteo Serri van de Universiteit van Bologna in Italië een iets andere weg in: hoe verdoof je kunstmatig gevoelloosheid bij dieren die geen winterslaap houden?

Het antwoord kan liggen in een kleine groep neuronen in het hersengebied van raphe pallidus. Aangezien het metabolisme dramatisch vertraagt tijdens de winterslaap, zullen hormonale en hersenmechanismen dit proces waarschijnlijk in gang zetten.

In 2013 was zijn team van wetenschappers een van de eersten die ratten in winterslaap bracht. Meestal slapen deze dieren niet in de winter. Ze werden geïnjecteerd met een chemische stof in raphe pallidus om neuronale activiteit te remmen. Deze neuronen zijn meestal betrokken bij 'thermoregulerende bescherming tegen kou', zegt Serry, wat betekent dat ze biologische reacties veroorzaken die de verlaging van de lichaamstemperatuur tegengaan.

De ratten werden vervolgens in een donkere, koude kamer geplaatst en kregen een dieet met veel vet, waarvan bekend is dat het de stofwisseling verlaagt.

Het uitschakelen van de beschermende neuronen gedurende zes uur leidde tot een scherpe temperatuurdaling in de hersenen van de ratten. Hun hartslag en bloeddruk vertraagden ook en daalden. Uiteindelijk begon het patroon van hersengolven te lijken op het patroon van de golven van dieren in een staat van natuurlijke winterslaap.

Het meest interessante was dat toen de wetenschappers de "behandeling" stopten, de ratten herstelden - de volgende dag vertoonden ze geen tekenen van abnormaal gedrag.

Eerdere pogingen om verdoving te induceren bij dieren die niet overwinteren, zijn mislukt, maar deze studie toonde aan dat remming van neuronen in raphe pallidus essentieel is voor het induceren van een verdoving-achtige toestand.

Als deze resultaten worden bevestigd door het voorbeeld van grotere zoogdieren, is het logisch om over te gaan naar de winterslaap bij mensen. Serri en anderen werken aan een verdere analyse van de controle van de hersenen over gevoelloosheid en hoe deze te hacken om de hersenen in winterslaap te brengen.

Wat is het volgende?

De onderdompeling van een persoon in een staat van winterslaap, winterslaap, schijndood - noem het wat je wilt - is nog verre van realiteit. Maar onderzoeksresultaten onthullen geleidelijk moleculaire en neuronale factoren die ons in theorie een diepgevroren toestand zouden kunnen bezorgen.