Оцепенение — это физиологическое состояние, похожее на спячку (гибернацию), при котором млекопитающие подавляют обмен веществ, снижают температуру тела и замедляют другие процессы для сохранения энергии. Идея о том, чтобы вызывать это состояние искусственно, возникла 1960 году как биомедицинское решение для снижения потребления энергии во время длительного космического полета.

Тогда ученые исследовали способы замедлить обменные процессы при помощи эндогенных, то есть внутренних, веществ крови, поскольку предполагалось, что они регулируют метаболизм. В настоящее время считается, что оцепенение регулируется центральной нервной системой и инъекции некоторых препаратов действительно вызывали такое состояние. Недавние исследования выявили несколько популяций нейронов в одной части гипоталамуса, которые регулируют оцепенение и спячку у грызунов — и при помощи манипуляций с генами ученым удалось ввести животных в эти состояния. Однако все решения пока являются инвазивными, требуют хирургического вмешательства или работы с генами, что ограничивает их широкое применение и перенос на людей.

В новом исследовании ученые описали способ, при котором ультразвуковые волны неинвазивно проникают в череп и активируют у мышей и крыс нервные клетки, отвечающие за оцепенение.

Хонг Чен, ученый в области биомедицинской инженерии из США, и его коллеги разработали ультразвуковой излучатель, который можно закрепить на голове свободно двигающейся мыши. Они нацеливали 10-секундные ультразвуковые импульсы на небольшой участок нейронов — преоптическое ядро — в гипоталамусе, который регулирует гибернацию. Это вызвало немедленное падение температуры тела на несколько градусов (в среднем на 3–3,5 °C) в сочетании с уменьшением частоты сердечных сокращений и снижением потребления кислорода как у самцов, так и у самок мышей. В течение двух часов после процедуры животные полностью вернулись в обычное состояние.

Затем авторы объединили свой ультразвуковой излучатель с автоматизированной системой, которая подает повторяющийся импульс, как только температура тела начинает повышаться. Таким образом они смогли поддерживать животных в оцепенении до 24 часов без признаков повреждения или дискомфорта. Ученые также демонстрируют, что метод работает на крысах – животных, которые не впадают в спячку естественным образом, хотя температура их тела снизилась в среднем всего на 1–2°C.

Необходимы дополнительные исследования, чтобы выяснить, будет ли этот подход безопасно работать на людях, но авторы утверждают, что неинвазивный и обратимый метод замедления метаболизма и снижения температуры тела может найти применение в медицине, например, после острых чрезвычайных ситуаций или тяжелого заболевания, а также использоваться для будущих дальних космических путешествий.

Исследование было опубликовано в Nature Metabolism.