Оле Фрёберт, кардиолог, подошел к своему следующему пациенту, осторожно перевернув наполненные кровью пробирки и поместив образцы в пластиковый пакет.
Но взять кровь оказалось труднее, чем привык Фрёберт, учитывая жир, мех и морозную температуру.
«Проколоть медвежью вену непросто», — сказал он.
Обычно врач, работающий в университетской больнице Эребру в Швеции и Орхусском университете в Дании, Фрёберт ездил на снегоходе и ходил на снегоступах по шведской медвежьей стране, стремясь ответить на вопрос: как именно медведи переживают долгий зимний сон и не умирают?
Тромбы, пролежни, потеря костной массы, разрушение мышц — существует целый ряд недугов, которых медведи и другие животные, впадающие в спячку, избегают во время своего оцепенения.
Поэтому врачи и ветеринары во всем мире исследуют способность спящих животных к глубокому сну и используют эти знания для разработки лекарств для лечения сердечно-сосудистых и других заболеваний у людей. Работа Фрёберта по разгадке тайны медвежьей крови — лишь последнее из множества исследований медведей и других животных, находящихся в спячке. Даже космические агентства и военные вкладывают деньги в исследования спячки в надежде использовать открытия, которые помогут астронавтам выдержать тяготы космических путешествий и вылечить раненых солдат.
«У природы можно многому научиться», — сказала Мануэла Тиенель, кардиолог из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана, которая работала с Фрёбертом и руководила недавним исследованием медведей, находящихся в спячке. «Намного больше, чем мы думаем».
Поскольку так много испытаний лекарств и других медицинских исследований сосредоточены на тестировании методов лечения на лабораторных крысах и мышах, эта работа является частью движения, направленного на животных, которые традиционно не изучались, чтобы получить представление о странных способах работы их тел в надежде разработать новые лекарства. Для людей.
«Мне немного надоело то, как мы традиционно проводим медицинские исследования», — сказал Фрёберт, начав с заболевания и экспериментируя на мышах и крысах, чтобы найти лечение. «С медведем все наоборот», — сказал он.
Бурый медведь, находящийся в спячке, — «животное, которое не болеет, хотя должно бы», — сказал он. «Это живая библиотека биологических решений».
Кардиолог Питер Годск Йоргенсен проводит УЗИ сердца бурого медведя, находящегося под наркозом
«Мы что-то задумали»
Бурые медведи серьезно относятся к сну. Осенью пушистые гиганты набирают вес и могут находиться в спячке до восьми месяцев.
Однако, как бы человек ни устал, если он попытается спать так долго, это будет некрасиво: мышцы атрофируются. Кости ослабнут. Кожа покрывалась пролежнями.
На самом деле спячка на самом деле не является формой «сна», как ее воспринимают люди. Это нечто гораздо более экстремальное: состояние глубокого сохранения энергии, при котором частота сердечных сокращений бурого медведя падает ниже 10 ударов в минуту.
Как кардиолог, Фрёберт интересовался кровью. Для людей даже трансатлантический перелет повышает риск образования тромбов. Но когда медведи выходят из своих берлог после многомесячного сна, они бодры и свободны от тромбов.
Чтобы выяснить, почему, он и Тинель объединились с исследователями медведей в Швеции. Летом команда преследовала 13 синяков на вертолете, а зимой обследовала их логова, чтобы собрать их кровь. Однажды метнувшийся медведь ненадолго проснулся, пока специалист по отлову вытаскивал синяка из ручья.
Поскольку клетки крови быстро разлагаются вне организма, им пришлось привезти центрифуги и другое лабораторное оборудование из Германии в сельский дом в Швеции, чтобы провести анализ. «Если вы работаете с кровью и тромбоцитами, вам нужно действовать очень быстро», — сказал Тобиас Петцольд, еще один кардиолог, участвовавший в проекте.
работа окупилась открытием того, что некоторые белки, в частности, один под названием HSP47, зимой появляются в крови медведя в гораздо меньшем количестве, чем летом. Согласно статье, опубликованной ранее в этом году в журнале Science,
Этот белок, появляющийся на поверхности тромбоцитов, помогает клеткам крови слипаться. Когда после пореза образуются сгустки крови, они останавливают кровотечение и способствуют заживлению. Но когда кровь свертывается внутри вен и не растворяется естественным путем, тромбы могут быть смертельными.
Чтобы проверить, оказывает ли белок такой же эффект на людей, команда обратилась к людям с травмами спинного мозга. У этих пациентов, как и у медведей, находящихся в спячке, не образуется много тромбов, что позволяет предположить, что их организм нашел способ уменьшить присутствие белка после травмы.
Команда обнаружила, что у этих пациентов гораздо меньше HSP47, чем у непострадавших людей. То же самое сделали свиньи в загонах и участники исследований постельного режима.
«Мы что-то задумали», — сказал Фрёберт.
Глубокий сон
Другие животные доводят спячку до еще большей крайности, чем медведи.
Каждую осень 13-линейный суслик зарывается в землю, сворачивается в крошечный комочек и засыпает. Но в отличие от бурых медведей, температура тела этих грызунов, обитающих на Великих равнинах, во время спячки падает чуть выше нуля. Каждую неделю или две он трясется от сна, а затем снова остывает.
Это заставило Эшли Цендер, ученого-ветеринара, задаться вопросом: что делает белка, чтобы снова и снова восстанавливать свое тело после того, как она чуть не замерзла насмерть?
Она и ее коллеги из компании Fauna Bio, соучредителем которой она является, исследовали образцы тканей сердца, взятые в разное время во время спячки. Команда обнаружила, что в клетках белок активируются гены, которые защищают и восстанавливают сердце при нагревании.
Fauna Bio тестирует соединение, призванное имитировать эту реакцию у людей, в качестве потенциального лекарства, которое поможет улучшить функцию сердца после повреждения, с целью вскоре начать клинические испытания.
«Определенно, все больше и больше людей критически смотрят на то, как мы могли бы использовать данные, полученные от самых разных биологических видов, для улучшения здоровья человека», — сказал Цендер.
Крысы и мыши, которые легко купить на племенных заводах и держать в неволе, стали отраслевым стандартом медицинских исследований, причем исследование за исследованием строилось на одних и тех же животных.
Но резкое падение стоимости секвенирования геномов в сочетании с более широким обменом данными привело к буму выхода за рамки так называемых модельных организмов, таких как лабораторные крысы и другие животные, часто изучаемые наукой. Например, ранее в этом году более 100 ученых построили и проанализировали геномы 240 млекопитающих, пытаясь понять болезни человека.
Тем не менее, давление, заставляющее придерживаться лабораторных грызунов старой школы, велико. «Я не могу вам сказать, сколько раз те из нас, кто изучает гибернацию, получали отзывы, в которых говорилось: «Ну, не можете ли вы просто сделать это на модели мыши?», — сказала Ханна Кэри, почетный профессор Университет Висконсина в Мэдисоне, который также изучает спящих сусликов.
Одна из больших проблем заключается в том, что лабораторные грызуны часто являются инбредными, добавила она. «Насколько они будут близки к дикой ситуации?»
В другой статье, опубликованной в журнале Science в прошлом году, Кэри и ее коллеги обнаружили, что кишечные микробы белок перерабатывают химические отходы и превращают их в аминокислоты, которые животные используют для поддержания мышечной массы.
Открытие связано с тем, что пробиотические добавки могут помочь не только пожилым людям и истощенным людям с атрофией мышц, но также позволят астронавтам оставаться сильными в невесомости.
НАСА и другие космические агентства профинансировали исследования спящего режима в надежде перевести космических путешественников в состояние, подобное спячке, для длительных миссий и выдерживания космического излучения. Хотя никто не знает, почему гибернаторы устойчивы к радиации.
«Это захватывающее время для биологии гибернации», — сказал Кэри. «Люди из-за пределов традиционного мира спячки хотят прийти и сотрудничать».
Руководитель поимки Дэвид Альквист ведет ветеринаров, рейнджеров и биологов в медвежью берлогу в Даларне, Швеция, в феврале
«Безумные проекты»
Поначалу Фрёберту было трудно получить финансирование для работ по бурому медведю, учитывая «врожденный консерватизм в медицинском исследовательском сообществе». Но в конечном итоге его команда работала как с НАСА, так и с Немецким аэрокосмическим центром.
Теперь его команда ищет химическое вещество для разработки нового лекарства, разжижающего кровь, с меньшим количеством побочных эффектов, чем существующие лекарства. По словам команды, новый препарат может появиться через пять-десять лет.
Бурый медведь с радиоприемником и GPS-ошейником летом
«Нам нужно место для этих сумасшедших проектов», — сказал Фрёберт.
