Ultrasoon geluid gericht op een bepaalde regio in het brein kan de lichaamstemperatuur van knaagdieren verlagen. Mogelijk zou je op deze manier ook mensen in een schijndode toestand kunnen brengen.
Ultrasoon geluid afvuren op een specifieke regio in het brein van muizen kan een winterslaap-achtige staat teweegbrengen. Zo’n staat heet torpor en kan met behulp van ultrasoon geluid zo’n 24 uur aanhouden. Dezelfde aanpak werkte ook bij ratten, die in tegenstelling tot muizen niet natuurlijk aan torpor doen.
‘Dit heeft verstrekkende gevolgen’, zegt biomedisch ingenieur Hong Chen van de Washington universiteit in St. Louis in de Verenigde Staten. ‘Als we kleine dieren die normaal niet aan torpor doen, toch in een soortgelijke staat kunnen krijgen, dan lukt dat misschien ook met grotere dieren.’
Mieren zijn magnifieke navigators
Mieren zijn in staat tot verbazingwekkende navigatieprestaties. Misschien kan waardering hiervoor helpen om deze insectensoorten te behouden.
Als het bij mensen ook lukt, zou het onder andere medische toepassingen kunnen hebben. Wanneer iemand een beroerte heeft gehad bijvoorbeeld, kan torpor tijd rekken en de lichamelijke schade beperkt houden, zegt Chen.
Spaarstand
Veel warmbloedige dieren kunnen hun lichaamstemperatuur verlagen en hun stofwisseling vertragen, waardoor ze in een torporstaat komen. Dit doen ze om energie te besparen. Sommige vleermuizen en vogels bevinden zich ’s nachts in een staat van torpor. Andere, zoals muizen, verkeren alleen in deze staat als er weinig voedsel beschikbaar is. De winterslaap is een aaneenschakeling van periodes van torpor, af en toe onderbroken door momenten waarop de normale lichaamstemperatuur terugkeert.
In 2020 ontdekten twee teams onafhankelijk van elkaar dat het stimuleren van de hypothalamus (een onderdeel van het brein) bij muizen torpor kan activeren. Maar om in het muizenbrein deze ‘knop’ om te zetten waren invasieve methodes nodig, zoals genetische manipulatie.
Chen vroeg zich af of ultrasoon geluid misschien een alternatief biedt voor deze methode. Haar team was al bezig met het ontwikkelen van een gerichte echografiemethode (die gebruik maakt van ultrasoon geluid) voor het behandelen van hersenziektes.
Ultrasone pulsen
Het team van Chen kwam erachter dat een ultrasone puls van tien seconden gericht op het breinknopgebied in muizen ervoor zorgde dat hun lichaamstemperatuur daalde met drie graden Celsius. Na twee uur waren de muizen weer helemaal hersteld. Door de pulsen elke keer wanneer hun lichaamstemperatuur omhoog ging te herhalen, was het mogelijk om de muizen gedurende 24 uur in de torpor-achtige staat te houden. De muizen ondervonden geen nadelige gevolgen van deze torpor-achtige staat.
Het is misschien mogelijk om de muizen veel langer in deze staat te houden, zegt Chen, maar dat heeft haar team nog niet geprobeerd.
De methode werkt ook in ratten, maar hun lichaamstemperatuur daalde slechts met 1,3 graden Celsius. ‘Het is maar een bescheiden daling, maar nog steeds belangrijk omdat ratten normaal gesproken geen winterslaap houden. Daarin lijken ze veel meer op mensen’, zegt biomedicus Matteo Cerri van de Universiteit van Bologna in Italië. Zijn team wekte torpor op in ratten en varkens door met chemische middelen een deel van de hersenstam te remmen.
Slapend naar Mars
Het verlagen van de lichaamstemperatuur met behulp van ultrasoon geluid kan handig zijn in medische situaties. Bij andere toepassingen, zoals interplanetair reizen, is er misschien een meer robuuste methode nodig, zegt Cerri.
Hoe het gerichte ultrasone geluid nou precies torpor veroorzaken is niet duidelijk, zegt neurowetenschapper Takeshi Sakurai van de Universiteit van Tsukuba in Japan. Zijn team was een van de twee groepen die de hypothalamusbreinknop ontdekten.
Misschien activeert het gerichte ultrasone geluid de breinknop, zegt Sakurai. ‘Maar er zit ook een groep neuronen in een regio er vlak bij die misschien een rol spelen in thermoregulatie. Dat maakt het waarschijnlijk dat die er ook iets mee te maken heeft.’
Dosering
Chen denkt dat een combinatie van lokale verwarming en fysieke beweging veroorzaakt door het ultrasone geluid neuronen activeert door ionkanalen open te zetten. Maar dat is nog niet vastgesteld.
Toepassingen voor mensen zijn nog toekomstmuziek, zegt ze. ‘Veiligheid is een grote zorg.’ Gericht ultrasoon geluid dat te sterk is of te lang aanhoudt kan het brein beschadigen, en haar team moet nog een hoop experimenten uitvoeren om een veilige dosis te vinden voor muizen.
Maar het zou zeker mogelijk moeten zijn om met deze techniek een helm te ontwikkelen die gericht ultrasoon geluid kan sturen naar de breinknop van mensen, zegt ze.
