Les hamsters en hibernation pourraient aider les astronautes

Des hamsters en hibernation pourraient aider les astronautes à survivre à de longues missions

Dans une petite pièce réfrigérée et dans des boîtes de Petri à travers le monde, des chercheurs testent discrètement pourquoi certains animaux peuvent suspendre une grande partie de leur biologie pendant des mois et revenir intacts. Le raccourci pour cette capacité est la torpeur ou l'hibernation, et cette semaine, une équipe travaillant avec des hamsters de Syrie et d'autres hibernants a rapporté des mécanismes cellulaires qui préservent les cellules de réparation musculaire pendant de longues périodes de froid. Des hamsters en hibernation pourraient aider les astronautes, selon les chercheurs, en identifiant des cibles médicamenteuses ou des molécules protectrices qui réduisent la perte musculaire, abaissent les besoins métaboliques et augmentent la tolérance aux stress tels que les radiations — autant de problèmes qui menacent les voyages de plusieurs mois au-delà de l'orbite terrestre basse.

Comment les hamsters en hibernation pourraient aider les cellules des astronautes

La fonte musculaire est l'un des risques les plus immédiats d'une microgravité et d'une immobilité prolongées. Dans la physiologie humaine normale, les cellules souches musculaires (souvent appelées cellules satellites) sont actives : elles réparent et reconstruisent les tissus, mais au prix d'une dépense énergétique et d'une vulnérabilité lors d'un stress. Une étude récente publiée dans The FASEB Journal et rapportée par Popular Science a révélé que chez les espèces hibernantes, ces cellules souches musculaires ne meurent pas pendant la longue dormance ; elles entrent plutôt dans un état réversible de faible activité qui préserve leur viabilité.

Cette pause cellulaire n'est pas seulement une question d'énergie. Elle protège contre la cascade de dommages biochimiques qui accompagnent le manque d'oxygène, les impacts de radiations ou les cycles répétés d'utilisation et de désuétude. Apprendre à basculer les progéniteurs musculaires humains dans un état de veille sûr et réversible est un objectif central si la torpeur synthétique doit un jour être appliquée à l'homme.

Pourquoi les hamsters en hibernation pourraient aider à protéger les muscles et les mitochondries

Des preuves complémentaires proviennent d'autres hibernants. Les écureuils terrestres et les ours présentent des changements génétiques et métaboliques coordonnés en hiver : les voies liées à la synthèse des protéines et au signal mTOR se comportent différemment que chez les non-hibernants affamés, et certains hibernants recyclent l'azote et les métabolites pendant la dormance, peut-être avec l'aide des microbes intestinaux. Ensemble, ces mécanismes expliquent comment les animaux peuvent conserver leurs tissus maigres et leurs fonctions organiques malgré des mois sans nourriture ni mouvement — les résultats mêmes que les ingénieurs et les médecins espèrent reproduire pour les longs voyages ou la médecine d'urgence.

La torpeur, l'interrupteur de torpeur et la transposition des découvertes animales à l'homme

La torpeur n'est pas un sommeil ordinaire ; c'est une réduction contrôlée de la température corporelle, de la fréquence cardiaque et du taux métabolique. Les chercheurs ont réalisé deux types de progrès. L'un est pharmacologique : l'activation des récepteurs de l'adénosine chez certains animaux peut déclencher des états semblables à la torpeur. L'équipe de Kelly Drew et d'autres ont découvert qu'un médicament imitant l'adénosine induit une torpeur profonde chez les hibernants saisonniers, et des composés apparentés peuvent pousser des non-hibernants vers l'hypométabolisme en laboratoire lorsqu'ils sont combinés à d'autres interventions.

Les essais sur l'homme sont naissants mais informatifs. Des équipes de l'University of Pittsburgh ont abaissé en toute sécurité la température corporelle et le taux métabolique de volontaires avec des sédatifs tels que la dexmédétomidine dans des cadres étroitement surveillés, produisant un « sommeil crépusculaire » dans lequel le métabolisme a chuté de l'ordre de 20 % tandis que les volontaires restaient réveillables. Ces expériences montrent que certaines caractéristiques de l'hypothermie cliniquement utile sont réalisables sans ventilateurs, mais elles révèlent aussi des limites : une tolérance au médicament se développe, les effets cardiovasculaires peuvent être importants et la sécurité à long terme n'est pas encore établie.

Avantages pour les missions et la médecine

Les avantages potentiels de la torpeur contrôlée sont faciles à énumérer et difficiles à surestimer. Une demande métabolique réduite permettrait de diminuer les besoins en nourriture, en eau et en oxygène lors des missions de longue durée, réduisant ainsi la masse de la charge utile et simplifiant les systèmes de survie. Un métabolisme plus lent pourrait également limiter les dommages causés par les radiations en réduisant le taux de division cellulaire et de réplication de l'ADN — les fenêtres durant lesquelles les particules ionisantes causent le plus de tort. Psychologiquement, un équipage partiellement en torpeur ferait face à moins d'ennui et de frictions interpersonnelles lors de voyages de plusieurs années.

Sur Terre, l'hypométabolisme contrôlé a une valeur clinique immédiate. L'hypothermie thérapeutique est déjà utilisée pour protéger le cerveau après un arrêt cardiaque ou un traumatisme. Les protocoles de préservation d'urgence à l'étude visent à prolonger l'« heure d'or » du chirurgien en refroidissant et en stabilisant rapidement les patients souffrant d'hémorragies catastrophiques afin que les chirurgiens puissent réparer les blessures avant que les dommages de reperfusion ne s'installent. Si la biologie de l'hibernation peut être exploitée en toute sécurité, ces techniques pourraient être simplifiées et plus largement déployées.

Défis techniques, biologiques et éthiques

Malgré des progrès rapides, la voie vers la torpeur humaine est semée de risques. Le corps humain lutte contre le froid : les frissons, les chutes de tension artérielle et les arythmies dangereuses sont des réponses courantes qui, lors d'expériences, ont nécessité une ventilation, un soutien liquidien et une surveillance invasive. Le froid supprime également la coagulation et les réponses immunitaires ; les hibernants acceptent ce compromis mais font face à des infections et des menaces fongiques que les non-hibernants ne connaissent pas. Transformer un déclencheur de torpeur localisé dans le cerveau en un médicament intraveineux suffisamment spécifique pour éviter un arrêt cardiaque ou des convulsions est un défi chimique et d'administration.

L'espace ajoute des complications : les effets à long terme de la torpeur sur la densité osseuse, la cognition, les microbiomes et la fonction reproductrice sont inconnus. Il existe également des obstacles éthiques et opérationnels pour l'utilisation d'urgence — de nombreux patients potentiels ne peuvent pas donner leur consentement — et pour les missions habitées, où les calculs de risques à long terme éclairés sont complexes. Des problèmes d'ingénierie subsistent : caissons de stase, mouvement robotisé des membres pour maintenir le tonus, apport nutritionnel et protocoles de réchauffement fiables nécessitent tous des solutions matures et redondantes avant que des humains puissent être régulièrement placés en torpeur pendant des mois.

Prochaines étapes et orientation de la recherche

Les chercheurs suivent plusieurs pistes parallèles : des criblages moléculaires pour trouver des métabolites et des protéines cryoprotecteurs découverts chez les hamsters et d'autres hibernants ; une cartographie neuronale pour identifier des cibles de circuits accessibles chez l'humain ; et des études humaines contrôlées qui étendent et affinent les protocoles d'hypothermie sécurisée. Des agences et institutions, allant des agences spatiales aux laboratoires universitaires, financent et coordonnent les travaux, reconnaissant que les progrès pourraient profiter à la fois à l'ingénierie spatiale et à la médecine quotidienne.

Pour les ingénieurs concevant des missions, la conclusion immédiate est pragmatique : une torpeur partielle ou intermittente qui réduit de moitié la demande métabolique pendant certaines périodes pourrait être beaucoup plus facile à réaliser tout en restant extrêmement bénéfique. Pour les biologistes, les prochaines années permettront de tester si les astuces protectrices observées chez les hamsters de Syrie, les écureuils terrestres et les ours peuvent être réduites à des molécules ou à des voies que les médecins peuvent activer sans chirurgie cérébrale. La science est encore préclinique à bien des égards, mais la convergence de la biologie de laboratoire, des neurosciences et de la médecine spatiale signifie que l'idée selon laquelle « des hamsters en hibernation pourraient aider » est désormais un programme de recherche concret plutôt que de la pure science-fiction.

Sources

• The FASEB Journal (recherche sur la préservation des cellules souches musculaires pendant l'hibernation)
• Hiroshima University (Mitsunori Miyazaki et collaborateurs)
• Yale School of Medicine, Gracheva Lab (recherche sur l'hibernation des écureuils terrestres)
• University of Pittsburgh Applied Physiology Lab (hypothermie induite / essais sur l'homme)
• Oregon Health & Science University (recherche sur les neurocircuits de l'interrupteur de torpeur)
• University of Alaska Fairbanks et Washington State University Bear Research Center (physiologie de l'hibernation)
• European Space Agency et NASA (programmes de financement et de conseil sur la torpeur synthétique)
• University Medical Centre Groningen (UMCG) et Safar Center for Resuscitation Research (hypothermie et préservation d'urgence)