Однако это исследование началось с совершенно другой цели, объясняет старший автор Фумито Ичиносе, доктор медицины, доктор философии, лечащий врач отделения анестезии, интенсивной терапии и медицины боли в MGH и главный исследователь Центра анестезии для исследований в области интенсивной терапии. Одна из областей, в которой Ичиносе и его команда уделяют особое внимание разработке методов стимулирования анабиоза, то есть временного приостановления жизненно важных функций человека с возможностью «пробудить» их позже.
Это состояние было бы похоже на то, что переживают медведи и другие животные во время спячки. Ичиносе считает, что способность безопасно вызывать анабиоз может иметь важные медицинские применения, например, приостанавливать жизненные процессы пациента с неизлечимым заболеванием до тех пор, пока не будет найдено эффективное лечение. Это также может позволить людям путешествовать на большие расстояния в космосе (что часто изображалось в научной фантастике).
Исследование 2005 года показало, что вдыхание газа, называемого сероводородом, приводило к переходу мышей в состояние анабиоза. Сероводород, имеющий запах тухлых яиц, иногда называют канализационным газом."Недостаток кислорода в мозгу млекопитающих приводит к увеличению производства сероводорода.
Поскольку этот газ накапливается в ткани, сероводород может останавливать энергетический обмен в нейронах и вызывать их гибель. Кислородная недостаточность – признак ишемического инсульта, наиболее распространенного типа инсульта и других травм головного мозга.
В исследовании Nature Communications Ичиносе и его команда изначально намеревались узнать, что происходит, когда мыши подвергаются многократному воздействию сероводорода в течение длительного периода. Сначала мыши вошли в состояние приостановки анимации – температура их тела упала, и они были неподвижны. «Но, к нашему удивлению, мыши очень быстро стали толерантными к воздействию вдыхания сероводорода», – говорит Ичиноза. «К пятому дню они действовали нормально и уже не подвергались действию сероводорода."
Интересно, что мыши, которые стали толерантными к сероводороду, также могли переносить тяжелую гипоксию. Что уберегло этих мышей от гипоксии? Группа Ичинозы подозревала, что это могут быть ферменты мозга, которые метаболизируют сульфиды. Они обнаружили, что уровень одного фермента, называемого сульфид: хинон оксидоредуктаза (SQOR), повышался в мозгу мышей, когда они дышали сероводородом несколько дней подряд.
Они предположили, что SQOR играет роль в сопротивлении гипоксии.
Существовали убедительные доказательства этой гипотезы в природе. Например, известно, что самки млекопитающих более устойчивы к воздействию гипоксии, чем самцы, а первые имеют более высокий уровень SQOR. Когда уровень SQOR у женщин искусственно снижается, они становятся более уязвимыми для гипоксии. (Эстроген может быть ответственным за наблюдаемое увеличение SQOR, поскольку защита от побочных эффектов гипоксии теряется, когда у самок млекопитающих удаляются яичники, производящие эстроген.Кроме того, некоторые животные, находящиеся в спячке, такие как суслик с тринадцатью линиями, очень толерантны к гипоксии, что позволяет им выжить, так как обмен веществ в их организме зимой замедляется.
Мозг типичного суслика имеет в 100 раз больше SQOR, чем мозг крысы аналогичного размера. Однако, когда Ичиносе и его коллеги «отключили» экспрессию SQOR в мозгу белок, их защита от эффектов гипоксии исчезла.
Между тем, когда Ичинос и его коллеги искусственно увеличили уровни SQOR в мозгу мышей, «они разработали надежную защиту от гипоксии», – объясняет Ичинос.
Его команда повысила уровень SQOR, используя генную терапию, подход, который технически сложен и непрактичен на данный момент. С другой стороны, Ичиноза и его коллеги продемонстрировали, что «очистка» сульфида с помощью экспериментального препарата SS-20 снижает уровень газа, тем самым щадя мозг мышей, когда они были лишены кислорода.
«Человеческий мозг имеет очень низкий уровень SQOR, а это означает, что даже небольшое накопление сероводорода может быть вредным», – говорит Ичинос. «Мы надеемся, что когда-нибудь у нас появятся препараты, которые могут работать в организме как SQOR», – говорит он, отмечая, что его лаборатория изучает SS-20 и несколько других кандидатов. Такие лекарства можно использовать для лечения ишемического инсульта, а также у пациентов, перенесших остановку сердца, что может привести к гипоксии.
Лаборатория Ичинозы также изучает, как сероводород влияет на другие части тела. Например, сероводород, как известно, накапливается при других состояниях, таких как определенные типы синдрома Ли, редкого, но тяжелого неврологического расстройства, которое обычно приводит к преждевременной смерти. «Некоторым пациентам, – говорит Ичиноза, – лечение поглотителями сульфидов может спасти жизнь."
Ведущим автором исследования является Эйзо Марутани, доктор медицинских наук, исследователь отделения анестезиологической помощи и медицины боли MGH и инструктор Гарвардской медицинской школы (HMS). Ичиносе также является профессором анестезии Уильяма Томаса Грина Мортона в HMS.
Исследование финансировалось за счет грантов Министерства образования, науки, спорта и технологий Японии; Японское агентство науки и технологий; Японское агентство медицинских исследований и разработок; Национальный институт неврологических расстройств и инсульта; Национальный институт сердца, легких и крови; Национальный институт общей медицины; и Национальный научный фонд.