La nature est souvent le meilleur modèle de science. Depuis près d'un siècle, les scientifiques ont essayé de recréer la capacité de certains mammifères et oiseaux à survivre à des conditions environnementales extrêmes pendant des périodes brèves ou prolongées en allant dans la torpeur, lorsque leur température corporelle et leur baisse du taux métabolique, leur permettant de préserver l'énergie et la chaleur.
S'inspirant de Nature, Hong Chen, professeur de génie biomédical à la McKelvey School of Engineering et de neurochirurgie chez Washu Medicine, et une équipe interdisciplinaire a induit un état réversible de type torpeur chez les souris, en utilisant des ultrasons focalisés pour stimuler la zone préoptique de l'hypothalamus dans le cerveau, ce qui permet de réguler la température corporelle et le métabolisme. En plus de la souris, qui entre naturellement dans la torpeur, Chen et son équipe ont induit la torpeur dans un rat, ce qui ne le fait pas. Leurs résultats, publiés en 2023 en Métabolisme de la naturea montré la première méthode non invasive et sûre pour induire un état de torpeur en ciblant le système nerveux central.
Désormais, l'équipe est en train de traduire la torpeur induite ou synthétique en solutions potentielles pour l'homme, par exemple lorsqu'il existe un flux sanguin réduit vers les tissus ou les organes, pour préserver les organes pour la transplantation ou pour protéger des rayonnements pendant les déplacements spatiaux.
Les interventions médicales conventionnelles se concentrent sur l'augmentation de l'approvisionnement en énergie, comme la restauration du flux sanguin vers le cerveau après un accident vasculaire cérébral. La torpeur synthétique cherche à faire le contraire en réduisant la demande d'énergie.
« La capacité de la torpeur synthétique à réguler le métabolisme du corps entier promet de transformer la médecine en offrant de nouvelles stratégies pour les interventions médicales », a déclaré Chen dans un article de perspective publié dans Métabolisme de la nature 31 juillet.
La torpeur synthétique a été utilisée avec succès dans des modèles précliniques avec des médicaments et un ciblage spécialisé du circuit neuronal, mais il y a des défis pour adapter ces méthodes pour l'homme. Des essais humains antérieurs avec du sulfure d'hydrogène ont été interrompus tôt en raison de problèmes de sécurité.
« Nos défis incluent la surmonter les différences métaboliques entre les animaux et les humains, le choix de la bonne dose de médicaments et la création de moyens pour permettre un état réversible en forme de torpeur », a déclaré Wenbo Wu, un doctorant en génie biomédical dans le laboratoire de Chen et le premier auteur du Riken Paper, une collaboration entre Biosysme Dynamics Research dans le Japon. « La collaboration entre les scientifiques, les cliniciens et les éthiciens sera essentielle pour développer des solutions sûres, efficaces et évolutives pour que la torpeur synthétique devienne une solution pratique en médecine. »
L'équipe de Chen, dont Yaoheng (Mack) Yang, qui était associée de recherche postdoctorale dans son laboratoire et est maintenant professeure adjointe de génie biomédical à l'Université de Californie du Sud, a ciblé le circuit neuronal avec leur solution de torpeur induite chez la souris. Ils ont créé un transducteur à ultrasons portable pour stimuler les neurones dans la zone préoptique de l'hypothalamus. Lorsqu'elles sont stimulées, les souris ont montré une baisse de la température corporelle d'environ 3 degrés C pendant environ une heure. De plus, le métabolisme de la souris a montré un changement par rapport à l'utilisation des glucides et des graisses pour l'énergie à seulement les graisses, une caractéristique clé de la torpeur et leur fréquence cardiaque a chuté d'environ 47%, tout à température ambiante.
L'échographie est la seule modalité d'énergie non invasive capable de pénétrer en toute sécurité le crâne et de cibler avec précision les structures cérébrales profondes. Bien que la neuromodulation par ultrasons manque de spécificité de type cellulaire par rapport à la neuromodulation génétique, elle fournit une alternative non invasive pour induire une torpeur synthétique sans avoir besoin de modifications génétiques. «
Hong Chen, professeur de génie biomédical, McKelvey School of Engineering et de neurochirurgie, Washu Medicine
Chen et son équipe indiquent que la torpeur synthétique offre une stratégie thérapeutique prometteuse avec des applications supplémentaires, notamment l'inhibition de la croissance tumorale et le développement potentiel de nouvelles thérapies pour les maladies liées aux protéines tau, telles que la maladie d'Alzheimer. Cependant, beaucoup de choses restent inconnues sur la façon dont les régions cérébrales, les organes périphériques et les voies cellulaires coordonnent la suppression métabolique et l'excitation. Les chercheurs doivent également étudier les risques à long terme et les effets secondaires potentiels et appeler à des études plus précliniques et à des innovations technologiques qui faciliteront une double approche, qui comprendrait la modulation de circuits neuronaux associés à l'hypométabolisme et influencer les voies métaboliques périphériques à travers des interventions systémiques, comme les médicaments ou la neuromodulation périphérique.
« La torpeur synthétique n'est plus seulement un concept théorique – c'est un domaine émergent avec le potentiel de redéfinir la médecine », a déclaré Chen. « La commission des neurosciences fondamentales, de la bio-ingénierie et de la médecine translationnelle sera la clé pour surmonter les défis actuels et faire progresser la torpeur synthétique vers des applications du monde réel. La torpeur synthétique pourrait passer d'une curiosité scientifique à une réalité humaine à travers des collaborations interdisciplinaires. »
