मनुष्य के लिए हाइबरनेशन क्या कर सकता है?

बड़े पैमाने पर आघात से बचें, अपनी नींद में वजन कम करें, अंतरिक्ष में मांसपेशियों की ताकत बनाए रखें - नींद की गिलहरी से चाल के लिए सभी धन्यवाद।

हम सोते हैं, जबकि भालू और गिलहरी हाइबरनेट करते हैं - लेकिन हम उनकी शारीरिक चाल चुरा सकते हैं। ग्राहम रूमियु द्वारा चित्रण

मैट एंड्रयूज के लिए, एक छोटे से सो रहे जानवर के अंदर बेहतर मानव स्वास्थ्य के लिए एक रास्ता शुरू होता है। एंड्रयूज एक आणविक जीवविज्ञानी है जो 1990 के दशक में जानवरों के सीतनिद्रा में होने के बारे में दिलचस्पी लेता था, जब जीन अनुक्रमण तकनीक ने शोधकर्ताओं को एक गहरे स्तर पर यह समझने के लिए शुरू किया कि जानवरों को निलंबित एनीमेशन में लंबे, ठंडे सर्दियों में कैसे बचा।

अब, वह सोचते हैं कि हाइबरनेशन विज्ञान कुछ लगातार गंभीर मानव स्वास्थ्य समस्याओं का जवाब हो सकता है, जिसमें स्ट्रोक, मोटापा, दिल के दौरे और यहां तक ​​कि मांसपेशियों की हानि भी शामिल है जो शून्य-गुरुत्वाकर्षण में रहने वाले अंतरिक्ष यात्रियों को प्रभावित करती है। क्योंकि तेरह-पंक्ति वाले जमीन की गिलहरी की तरह हिबरन करने वाले जीवों को पता है कि वह समय आने पर खाना बंद करना जानते हैं, सोते समय अपने शरीर के चारों ओर वसा जमा करके सर्दी से बचे रहते हैं, और कम रक्त ऑक्सीजन का प्रबंधन करते हैं जो अधिकांश स्तनधारियों को मार देगा। आखिरकार, वे वसंत में अपने अंग के ठीक बाहर पॉप करते हैं, तुरंत शिकारियों को बाहर निकालने में सक्षम होते हैं।

हाइबरनेटरों से युक्तियां लेने से, एंड्रयूज और उनके सहयोगियों ने रक्तस्रावी सदमे के लिए रोग का निदान बदलने की उम्मीद की, जो तब होता है जब बड़े पैमाने पर रक्त की हानि के कारण शरीर बंद होने लगता है। एक दशक पहले, उन्होंने ग्रेग बेइलमैन के साथ मिलकर एक ट्रॉमा सर्जन बनाया, जो 25 वर्षों तक एक सैन्य जलाशय था। ", मैंने कई विदेशी तैनाती की है, इसलिए मुझे अपने बच्चों की बेहतर देखभाल करने में रुचि थी, जो विदेशों में सेवा करने के लिए स्वेच्छा से काम कर रहे हैं," बेइलमैन कहते हैं, जो अब मिनेसोटा विश्वविद्यालय में एक सर्जन और शोधकर्ता हैं। “मैंने ऐसे लोगों को देखा है, जिन्होंने अस्पताल में भर्ती होने से पहले मौत के घाट उतार दिया। और मैंने बहुत से ऐसे लोगों को देखा है जो एक जगह पर पहुंचने में देरी के दुष्प्रभाव का सामना करते हैं जहां वे रक्तस्राव को रोक सकते हैं। "

एक सैनिक की जान बचाना, जो खून बह रहा है, घड़ी के खिलाफ एक दौड़ बन जाता है - चोट के बाद तथाकथित "गोल्डन ऑवर" के बाद, घायल व्यक्ति के बचने की संभावना बहुत कम हो जाती है। एंड्रयूज को संदेह था कि हाइबरनेशन जीव विज्ञान पर आधारित उपचारों से मेडिक्स को उस सुनहरे घंटे का विस्तार करने की अनुमति मिल सकती है, जब किसी व्यक्ति के ऊतकों और मस्तिष्क की कोशिकाओं को रक्त में ऑक्सीजन की कमी और अन्य महत्वपूर्ण घटकों के कारण समय से पहले खरीदना शुरू हो जाता है।

"हाइबरनेट्स रक्त के ऊतकों को कम रक्त प्रवाह और कम ऑक्सीजन के चरम पर जीवित रहते हैं," एंड्रयूज कहते हैं। वे अपने चयापचय दर को दबा सकते हैं, जो हृदय की रक्षा करता है। उन्होंने देखा कि तेरह-पंक्ति वाले ग्राउंड गिलहरी (जिन्हें धारीदार गोफर्स भी कहा जाता है) हाइबरनेट करते समय डी-बीटा हाइड्रॉक्सीब्यूटाइरेट (बीएचबी) नामक एक प्राकृतिक यौगिक के उच्च स्तर का उत्पादन करते हैं और शॉर्ट मिड-हाइबरनेशन जागरण के दौरान मेलाटोनिन के स्तर में भी वृद्धि करते हैं। उन्होंने महसूस किया कि दो यौगिकों ने गिलहरी के रक्त प्रवाह और चयापचय को उसके अंगों को नुकसान पहुंचाए बिना स्वाभाविक रूप से उत्सर्जित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है।

सूत्र का उपयोग न केवल युद्ध के मैदान पर किया जा सकता है, बल्कि यातायात दुर्घटना पीड़ितों या अन्य आघात के रोगियों के लिए भी अपने अंगों को जीवित रखने में मदद करने के लिए किया जा सकता है।

क्या ये यौगिक अंगों और ऊतकों को रक्तस्रावी सदमे से बचाने में मदद करेंगे? एंड्रयूज, बीलमैन और एक अन्य सहयोगी ने पाया कि उस मिश्रण के इंजेक्शन, जब गंभीर रक्त हानि वाले जानवरों को दिए गए थे, तो उन्हें लगभग चार गुना लंबे समय तक जीवित रहने में मदद मिली। उन्होंने अपने सूत्र, बीटा-हाइड्रॉक्सीब्यूटाइरेट और मेलाटोनिन का पेटेंट कराया - जिसे आमतौर पर 2007 में BHB / M के रूप में जाना जाता है।

अगले साल, टीम ने मनुष्यों में एक परीक्षण शुरू करने की योजना बनाई है - पहली बार, स्वस्थ स्वयंसेवकों में यह सुनिश्चित करने के लिए कि परिसर सुरक्षित है। आखिरकार, बीलमैन ने कल्पना की कि बीएचबी / एम का उपयोग न केवल युद्ध के मैदान पर किया जा सकता है, बल्कि यातायात दुर्घटना पीड़ितों या अन्य आघात के रोगियों के लिए भी उनके अंगों को जीवित रखने में मदद करने के लिए किया जा सकता है जब तक कि वे अस्पताल नहीं पहुंच जाते।

ठंडे जानवरों से लेकर गर्म शरीर तक

तेरह-पंक्ति वाले ग्राउंड गिलहरी के लिए, जो उत्तर अमेरिकी चरागाहों और प्रशंसाओं में रहते हैं, गिरावट एक व्यस्त समय है। आधे पाउंड के जीव ठंड के महीनों की प्रत्याशा में पोर्क करते हैं। भूमिगत गिलहरी में एक गिलहरी सर्द, एक गेंद में घुसी हुई है, जिसके शरीर का तापमान ठंड से ठीक ऊपर है। इसका दिल प्रति मिनट 300 बीट्स से 3 से 10 बीट्स प्रति मिनट के बीच धीमा हो जाता है। इन महीनों के दौरान, यह अपने शरीर के वजन का एक तिहाई खो देगा।

और फिर भी जैसे ही पिघलना शुरू होता है, ये कृंतक चमत्कारिक रूप से अपने स्तूप से बाहर निकलने लगते हैं, तुरंत उल्लुओं और चील के पंजे और चोटों से बचने में सक्षम होते हैं। चमगादड़, सांप, मेंढक और कीड़े जैसे वे और अन्य जीवों का रहस्य यह करने में सक्षम है कि 19 वीं शताब्दी के शुरुआती दिनों से एंड्रयूज जैसे वैज्ञानिकों को मोहित किया गया था।

एंड्रयूज अभी भी इन जानवरों के मूल जीव विज्ञान की खोज कर रहा है, लेकिन वह जो कुछ भी सीखता है उसके चिकित्सा अनुप्रयोगों को देखने के लिए भी त्वरित है। एंड्रयूज ने 2016 में अपनी प्रयोगशाला ओरेगन स्टेट यूनिवर्सिटी में स्थानांतरित की, एडम हिगिंस के साथ मिलकर, कूलिंग कोशिकाओं और ऊतकों में विशेषज्ञता के साथ एक बायोइन्जीनियर। हिगिंस थोड़ा जानता था कि जीवविज्ञान ठंड की स्थिति में कैसे काम करता है और अंगों के प्रत्यारोपण के बारे में बहुत कुछ है, लेकिन उसे पता नहीं था कि एंड्रयूज को हाइबरनेटिंग जानवरों की आश्चर्यजनक रणनीतियों के बारे में क्या पता था।

उन दोनों को पता चला कि हाइबरनेशन जीव विज्ञान का उपयोग उन लोगों की संख्या को कम करने के लिए भी किया जा सकता है जो प्रत्येक वर्ष अंग प्रत्यारोपण के इंतजार में मर जाते हैं। अप्रैल 2018 तक, अमेरिकी राष्ट्रीय प्रतीक्षा सूची में प्रत्यारोपण के लिए 114,000 से अधिक उम्मीदवार हैं, लेकिन 2017 में केवल 34,800 प्रत्यारोपण किए गए थे।

एक समस्या यह है कि इनमें से कई कीमती अंग बहुत लंबे समय तक नहीं चलते हैं। लाइव किडनी में 24 से 36 घंटे की शैल्फ लाइफ होती है, लेकिन दिल और फेफड़े शरीर के बाहर केवल चार से छह घंटे तक रहते हैं। कई अन्यथा उपयुक्त अंगों को मरने से पहले ले जाया जाता है और एक प्राप्तकर्ता में प्रत्यारोपित किया जाता है।

इन सीमाओं का मतलब है कि गैर-नियोजित दान में - उदाहरण के लिए, जब एक घातक ट्रैफिक दुर्घटना के बाद किडनी या दिल उपलब्ध हो जाता है - डॉक्टरों के पास अंग को स्वीकार करने के लिए सबसे पहले प्राप्त करने का समय नहीं होता है। नतीजतन, प्राप्तकर्ता को लंबे समय तक इम्यूनोस्प्रेसिव ड्रग्स लेना पड़ सकता है।

निलंबित एनीमेशन भी जीवन को लम्बा लगता है: जो जानवर हाइबरनेट रहते हैं, औसतन, समान प्रजातियों की तुलना में, जो हाइबरनेट नहीं करते हैं।

एंड्रयूज और हिगिंस सर्जरी से पहले दाता के अंदर अंगों को पूर्व कंडीशनिंग करके शेल्फ जीवन का विस्तार करना संभव समझते हैं। यह एक अंग में एक सप्ताह या अधिक व्यवहार्यता जोड़ सकता है।

अभी के लिए, एंड्रयूज और हिगिंस चूहों पर प्रयोग कर रहे हैं, उन्हें बीएचबी / एम हाइबरनेशन समाधान के संशोधित संस्करण के साथ इलाज कर रहे हैं। उम्मीद यह है कि यह दाता अंग के चयापचय को स्विच कर सकता है, इसे धीमा कर सकता है और क्षति से बचा सकता है।

अंतिम दृष्टि यह है कि एक व्यक्ति जो एक अंग दान करने की योजना बना रहा है (या कोई व्यक्ति जो मस्तिष्क मृत है और पहले दान करने के लिए सहमत है) को समाधान के साथ पूर्व शर्त किया जा सकता है, जो चूहों में लगभग एक घंटे तक होता है। एंड्रयूज कहते हैं, "अब जब आप अंगों की कटाई करते हैं तो आपके पास एक शेल्फ जीवन होगा क्योंकि आपने उन्हें दाता में रहते हुए भी संरक्षित किया था।"

एक बार किसी डोनर के शरीर से अंगों को निकाल दिए जाने के बाद, शोधकर्ताओं को अभी भी उन्हें ठंडा करने, उन्हें स्टोर करने और उन्हें गर्म करने के लिए बेहतर तरीके की आवश्यकता होती है। एंड्रयूज का कहना है कि हाइबरनेशन रणनीतियाँ उन क्षेत्रों में भी आगे बढ़ने में मदद कर सकती हैं। टीम सूअर जैसे बड़े जानवरों के साथ इन तकनीकों में प्रयोगों की योजना बना रही है।

मंगल ग्रह के लिए फिट रहने मार्ग

एंड्रयूज कहते हैं कि हाइबरनेशन बायोलॉजी में संभावित अनुप्रयोग हैं जो दवा से परे सामान्य स्वास्थ्य और भलाई के लिए जाते हैं। सर्दियों का सामना करने के लिए, गिलहरी भूरे वसा वसा के भंडार का निर्माण करती है, जिसे वह प्रकृति की वसा जलाने वाली मशीन कहती है। जिसे हम आमतौर पर वसा के बारे में सोचते हैं वह सफेद वसा है, जो बाद में उपयोग के लिए कैलोरी संग्रहीत करता है। ब्राउन वसा इसके बजाय गर्मी पैदा करने के लिए अविश्वसनीय रूप से तेजी से कैलोरी जलाती है।

2013 के एक अध्ययन में, एंड्रयूज और उनके सहयोगियों ने एक प्रतिलेख उत्पन्न किया - एक ऊतक के सभी जीन रीडआउट्स का एक संग्रह - एक वर्ष के दौरान गिलहरी भूरी वसा के लिए।

हाइबरनेशन के दौरान, जानवरों को हर 10 दिनों या उसके बाद जागना पड़ता है और सोने से पहले थोड़ी देर के लिए उनकी चयापचय क्रिया होती है। वे उस समय के दौरान ठंड के तापमान से खुद को गर्म करने के लिए भूरे रंग के वसा का उपयोग करते हैं। अन्य प्रोटीन अभिव्यक्ति काम के माध्यम से, एंड्रयूज ने पाया कि जानवर अपने दिल में वसा भंडार को स्थानांतरित करते हैं और वसा को जलने योग्य बनाने के लिए विशेष जीन को चालू करते हैं। "वे चुनिंदा रूप से चीनी के बजाय वसा को जलाने के लिए अपने शरीर रसायन विज्ञान को स्विच करते हैं," वे कहते हैं।

मनुष्य अपने जीवन का एक तिहाई हिस्सा हाइबरनेशन के समान अवस्था में बिताते हैं: नींद। यदि हम हाइबरनेटरों के जीव विज्ञान को प्राप्त कर सकते हैं, एंड्रयूज भविष्यवाणी करते हैं, तो हम एक ऐसी गोली ले सकते हैं जो सोते समय से पहले वसा जलने को प्रकट करता है, और एक पाउंड हल्का उठता है।

यूनिवर्सिटी ऑफ अलास्का फेयरबैंक्स के एक बायोकेमिस्ट, केली ड्रू, जो आर्कटिक गिलहरी का अध्ययन करते हैं, कहते हैं कि एंड्रयूज का शोध एक आणविक तंत्र को इंगित करने वाला पहला था जो कार्बोहाइड्रेट से लिपिड चयापचय में कार्बोहाइड्रेट से मौसमी बदलाव में योगदान देता है। "उन्होंने इस ज्ञान को रक्तस्रावी सदमे के लिए एक उपन्यास और प्रभावी उपचार विकसित करने के लिए लागू किया है," वे कहती हैं। "उनका अभिनव शोध बताता है कि हाइबरनेशन के अध्ययन से मानव चिकित्सा के लिए उपन्यास समाधान कैसे हो सकते हैं।"

यदि हम हाइबरनेटरों के जीव विज्ञान को प्राप्त कर सकते हैं, एंड्रयूज भविष्यवाणी करते हैं, तो हम एक ऐसी गोली ले सकते हैं जो सोते समय से पहले वसा जलने को प्रकट करता है, और एक पाउंड हल्का उठता है

हाइबरनेशन भी किसी तरह से मांसपेशियों की रक्षा करने के लिए लगता है: भले ही वे पांच महीने तक बहुत आगे नहीं बढ़ें, फिर भी जागने के तुरंत बाद गिलहरियां बहुत दूर निकल सकती हैं। इसके विपरीत, बिस्तर पर या अंतरिक्ष में एक विस्तारित यात्रा पर लोग मांसपेशियों की इतनी ताकत खो देते हैं कि उन्हें बाद में चलने में परेशानी हो सकती है। एंड्रयूज कहते हैं, '' मंगल की 18 महीने की यात्रा पर कोई व्यक्ति गंभीर मांसपेशी शोष के साथ पहुंचेगा। ''

जिन लोगों को भरवां होने पर भी पास्ता की दूसरी प्लेट न कहने में परेशानी होती है, उनके लिए हाइबरनेटिंग गिलहरी एक और शारीरिक चाल है। वे गर्मियों में देर से बीज और पौधों के साथ खुद को कण्ठ करते हैं, लेकिन जब वे एक निश्चित आकार तक पहुंचते हैं, तो वे रुक जाते हैं। "वे कहते हैं:, मैं पूर्ण हूं, मैंने पर्याप्त खाया है," और वे और कुछ नहीं खाते हैं, "एंड्रयूज कहते हैं। "मस्तिष्क में कुछ उस संतृप्ति संकेत को लागू कर रहा है।" उस संकेत को डिकोड करना और इसे मनुष्यों पर लागू करना लोगों को पूर्ण होने पर खाने से रोकने में मदद कर सकता है।

निलंबित एनीमेशन भी जीवन को लम्बा लगता है: जो जानवर हाइबरनेट रहते हैं, औसतन, समान प्रजातियों की तुलना में, जो हाइबरनेट नहीं करते हैं। बेशक, वे अपनी लंबी सर्दियों की नींद के दौरान कई शिकारियों का सामना नहीं करते हैं, जो मदद करता है। लेकिन जीवविज्ञानी भी एक और कारण पर संदेह करते हैं: हाइबरनेशन टेलोमेरस की कमी को धीमा कर देता है, क्रोमोसोम के सिरों पर कैप जो आमतौर पर उम्र के साथ घटते हैं। क्या यह हो सकता है कि हाइबरनेशन वास्तव में उम्र बढ़ने की प्रक्रिया को धीमा कर दे? यह भविष्य के लिए एक सवाल है, और यह लंबे सर्दियों के आराम के लिए कर्लिंग के प्रतीत होने वाले सरल कार्य में रहस्यों की भीड़ के लिए बोलता है। अपने हिस्से के लिए, एंड्रयूज आशावादी है: "मुझे लगता है कि हम सिर्फ सतह को खरोंचने के लिए शुरू कर रहे हैं कि हाइबरनेशन रणनीतियों को लोगों पर कैसे लागू किया जा सकता है।"