Los hámsteres en hibernación podrían ayudar a los astronautas

Los hámsteres en hibernación podrían ayudar a los astronautas a sobrevivir en misiones largas

En una pequeña habitación refrigerada y en placas de Petri de todo el mundo, los investigadores están analizando discretamente por qué algunos animales pueden suspender gran parte de su biología durante meses y regresar intactos. El término técnico para esa capacidad es letargo o hibernación, y esta semana un equipo que trabaja con hámsteres sirios y otros hibernadores informó sobre mecanismos celulares que preservan las células de reparación muscular durante largos periodos de frío. Los hámsteres en hibernación podrían ayudar a los astronautas, afirman los investigadores, al señalar dianas farmacológicas o moléculas protectoras que reduzcan la pérdida muscular, disminuyan las necesidades metabólicas y aumenten la tolerancia a factores de estrés como la radiación; todos ellos problemas que amenazan los viajes de varios meses más allá de la órbita terrestre baja.

Cómo los hámsteres en hibernación podrían ayudar a las células de los astronautas

La atrofia muscular es uno de los peligros más inmediatos de la microgravedad prolongada y la inmovilidad. En la fisiología humana normal, las células madre musculares (a menudo llamadas células satélite) están activas: reparan y reconstruyen el tejido, pero con un coste energético y de vulnerabilidad ante el estrés. Un estudio reciente publicado en The FASEB Journal e informado por Popular Science descubrió que, en las especies que hibernan, esas células madre musculares no mueren durante la latencia prolongada; en su lugar, entran en un estado reversible de baja actividad que preserva su viabilidad.

Esa pausa celular no tiene que ver únicamente con la energía. Protege contra la cascada de daños bioquímicos que acompaña al bajo nivel de oxígeno, los impactos de la radiación o los ciclos repetidos de uso y desuso. Aprender a cambiar los progenitores musculares humanos a un estado de reposo seguro y reversible es un objetivo central si se desea aplicar el letargo sintético a las personas.

Por qué los hámsteres en hibernación podrían ayudar a proteger los músculos y las mitocondrias

Pruebas complementarias provienen de otros hibernadores. Las ardillas terrestres y los osos muestran cambios genéticos y metabólicos coordinados en invierno: las vías vinculadas a la síntesis de proteínas y el dial de señalización mTOR se comportan de forma diferente que en los no hibernadores en estado de inanición, y algunos hibernadores reciclan nitrógeno y metabolitos durante la latencia, posiblemente con la ayuda de microbios intestinales. Juntos, estos mecanismos explican cómo los animales pueden mantener el tejido magro y la función de los órganos a pesar de pasar meses sin comida ni movimiento, los mismos resultados que ingenieros y médicos esperan reproducir para viajes largos o medicina de emergencia.

El letargo, el interruptor del letargo y la transferencia de los hallazgos en animales a los humanos

El letargo no es un sueño ordinario; es una reducción controlada de la temperatura corporal, la frecuencia cardíaca y la tasa metabólica. Los investigadores han logrado dos tipos de avances. Uno es farmacológico: la activación de los receptores de adenosina en ciertos animales puede desencadenar estados similares al letargo. El equipo de Kelly Drew y otros descubrieron que un fármaco que imita a la adenosina induce un letargo profundo en hibernadores estacionales, y compuestos relacionados pueden llevar a los no hibernadores al hipometabolismo en entornos de laboratorio cuando se combinan con otras intervenciones.

Los ensayos en humanos son incipientes pero informativos. Equipos de la University of Pittsburgh han reducido de forma segura la temperatura corporal y la tasa metabólica de voluntarios con sedantes como la dexmedetomidina en entornos estrechamente monitorizados, produciendo un "sueño crepuscular" en el que el metabolismo descendió en el orden del 20 por ciento mientras los voluntarios permanecían capaces de despertar. Esos experimentos muestran que algunas características de la hipotermia clínicamente útil son alcanzables sin respiradores, pero también revelan límites: se desarrolla tolerancia a los fármacos, los efectos cardiovasculares pueden ser importantes y la seguridad a largo plazo aún no se ha establecido.

Beneficios para las misiones y la medicina

Las ventajas potenciales del letargo controlado son fáciles de enumerar y difíciles de exagerar. Una menor demanda metabólica reduciría los requisitos de alimentos, agua y oxígeno en misiones largas, reduciendo la masa de la carga útil y simplificando los sistemas de soporte vital. Un metabolismo más lento también podría limitar las lesiones por radiación al reducir la tasa de división celular y replicación del ADN, que son las ventanas durante las cuales las partículas ionizantes causan el mayor daño. Psicológicamente, una tripulación parcialmente aletargada enfrentaría menos aburrimiento y fricción interpersonal en viajes de varios años.

En la Tierra, el hipometabolismo controlado tiene un valor clínico inmediato. La hipotermia terapéutica ya se utiliza para proteger el cerebro tras un paro cardíaco y lesiones traumáticas. Los protocolos de preservación de emergencia bajo estudio pretenden ampliar la "hora dorada" del cirujano enfriando y estabilizando rápidamente a pacientes con hemorragias catastróficas para que los cirujanos puedan reparar las lesiones antes de que se produzca el daño por reperfusión. Si se puede aprovechar de forma segura la biología de la hibernación, estas técnicas podrían simplificarse y desplegarse de forma más amplia.

Desafíos técnicos, biológicos y éticos

A pesar de los rápidos progresos, el camino hacia el letargo humano está plagado de riesgos. El cuerpo humano lucha contra el frío: los escalofríos, las caídas de la presión arterial y las arritmias peligrosas son respuestas comunes que en los experimentos han requerido ventilación, soporte de fluidos y monitorización invasiva. El frío también suprime la coagulación y las respuestas inmunitarias; los hibernadores aceptan esa compensación, pero se enfrentan a infecciones y amenazas fúngicas que los no hibernadores no padecen. Convertir un activador del letargo localizado en el cerebro en un fármaco intravenoso lo suficientemente específico como para evitar paros cardíacos o convulsiones es un desafío químico y de administración.

El espacio añade complicaciones: se desconocen los efectos a largo plazo del letargo en la densidad ósea, la cognición, el microbioma y la función reproductiva. También existen obstáculos éticos y operativos para el uso de emergencia (muchos pacientes potenciales no pueden dar su consentimiento) y para las misiones tripuladas, donde los cálculos de riesgo a largo plazo informados son complejos. Los problemas de ingeniería persisten: cápsulas de estasis, movimiento robótico de las extremidades para mantener el tono, administración de nutrientes y protocolos de recalentamiento fiables necesitan soluciones maduras y redundantes antes de que los humanos puedan ser puestos rutinariamente en letargo durante meses.

Próximos pasos y hacia dónde se dirige la investigación

Los investigadores siguen múltiples vías paralelas: cribados moleculares para hallar metabolitos y proteínas crioprotectoras descubiertas en hámsteres y otros hibernadores; mapeo neuronal para identificar dianas de circuitos accesibles en humanos; y estudios humanos controlados que amplíen y perfeccionen los protocolos de hipotermia segura. Organismos e instituciones, desde agencias espaciales hasta laboratorios universitarios, están financiando y coordinando el trabajo, reconociendo que el progreso podría derivar tanto en la ingeniería espacial como en la medicina cotidiana.

Para los ingenieros que diseñan misiones, la conclusión inmediata es pragmática: un letargo parcial o intermitente que reduzca a la mitad la demanda metabólica por periodos puede ser mucho más fácil de lograr y seguir siendo enormemente beneficioso. Para los biólogos, los próximos años pondrán a prueba si los trucos protectores observados en hámsteres sirios, ardillas terrestres y osos pueden reducirse a moléculas o vías que los médicos puedan activar sin cirugía cerebral. La ciencia sigue siendo preclínica en muchos aspectos, pero la convergencia de la biología de laboratorio, la neurociencia y la medicina espacial significa que la idea de que "los hámsteres en hibernación podrían ayudar" es ahora un programa de investigación concreto en lugar de pura ciencia ficción.

Fuentes

• The FASEB Journal (investigación sobre la preservación de células madre musculares en hibernación)
• Hiroshima University (Mitsunori Miyazaki y colaboradores)
• Yale School of Medicine, Gracheva Lab (investigación sobre la hibernación de la ardilla terrestre)
• University of Pittsburgh Applied Physiology Lab (hipotermia inducida / ensayos en humanos)
• Oregon Health & Science University (investigación sobre neurocircuitos del interruptor del letargo)
• University of Alaska Fairbanks y Washington State University Bear Research Center (fisiología de la hibernación)
• European Space Agency y NASA (programas de financiación y asesoramiento sobre letargo sintético)
• University Medical Centre Groningen (UMCG) y Safar Center for Resuscitation Research (hipotermia y preservación de emergencia)