07.04.2021 – 03:26

Kansai Medical University

Team der Kansai Medical University entdeckt Geruchsmoleküle, die künstlichen Winterschlaf/Lebensschutz induzieren und entschlüsselt deren sensorische Übertragungsprinzipien

Hirakata, Japan (ots/PRNewswire)

Das Team von Dr. Ko Kobayakawa von der Kansai Medical University hat eine Klasse von Geruchsmolekülen namens „thiazoline-related fear odors (tFOs)“ („thiazolenbedingte Angstgerüche“) entdeckt, die eine latent lebensschützende Wirkung haben und es Mäusen ermöglichen, in einer tödlichen hypoxischen Umgebung für eine lange Zeit zu überleben. Das Team fand heraus, dass diese Geruchsmoleküle an TRPA1-Kanäle in den sensorischen Nerven binden, und den zentralen Signalweg für Krisen vom Hirnstamm zum Mittelhirn aktivieren, was lebensschützende Effekte hervorruft. Darüber hinaus kann eine längere Exposition gegenüber hohen Konzentrationen von tFOs einen künstlichen Winterschlaf bei Mäusen auslösen. Das TRPA1-Gen und sein sensorischer Signalweg sind auch beim Menschen konserviert, und die Forscher gehen davon aus, dass diese Erkenntnis in der „sensorischen Medizin“ angewendet werden kann, um potenziell lebensschützende Effekte durch Geruchsstimulation zu induzieren.

(Bild: https://kyodonewsprwire.jp/prwfile/release/M106572/202103192530/_prw_PI1fl_rgV11388.jpg)

Menschen und Tiere besitzen durch Evolution erworbene latente Lebensschutzfähigkeiten, die es ihnen ermöglichen, in Krisen zu überleben. Allerdings wurde bisher noch nicht genügend erforscht, welche Art von Schutzwirkungen existieren, welche Art von Stimuli verwendet werden können, um diese Schutzwirkungen zu induzieren, und ob solche Induktionsmethoden auf die medizinische Behandlung angewendet werden können. Angeborene Angst ist eine Emotion, von der man annimmt, dass sie eine Funktion des Gehirns ist, die biologische Reaktionen integriert und auslöst, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Überlebens in einer Krise erhöht wird. Daher könnten potenziell lebensschützende Effekte durch Eingriffe in das angeborene Furcht-Emotionssystem des Gehirns mit Hilfe geeigneter sensorischer Reize ausgelöst werden. Dr. Kobayakawas Team entwickelte tFOs, Geruchsmoleküle, die extreme angeborene Furcht bei Nagetieren auslösen, und untersuchte deren Effekte.

Ihre Untersuchung zeigte, dass die tFO-Stimulation Hypothermie und Hypometabolismus bei Mäusen auslösen kann, und dass eine kontinuierliche Stimulation über mehrere Stunden mit diesen Duftstoffen gefahrlos einen künstlichen Winterschlaf auslösen kann. Die Eigenschaften der tFO-induzierten Hypothermie und des tFO-induzierten Hypometabolismus unterschieden sich jedoch deutlich von denen des natürlichen Winterschlafs in Bezug auf Stoffwechsel, physiologische Reaktionen und die im Gehirn ausgelösten Induktionssysteme. Im Gegensatz zum natürlichen Winterschlaf, der darauf abzielt, Energie zu sparen, maximierte der durch tFOs induzierte künstliche Winterschlaf/lebensschützende Zustand die lebensschützenden Effekte.

Außerdem können Mäuse der Kontrollgruppe in einer Umgebung mit 4 Prozent Sauerstoff durchschnittlich nur 11,7 Minuten überleben. Überraschenderweise überlebten Mäuse, die mit einer Art tFO vorstimuliert waren, in 4 Prozent Sauerstoff durchschnittlich 231,8 Minuten. Darüber hinaus hatte die Stimulation durch tFOs auch starke therapeutische Effekte in Gehirn- und kutanen Ischämie-Reperfusions-Tiermodellen. Daher wird angenommen, dass die tFO-Stimulation in der Notfallmedizin zum Einsatz kommen und dort eine mögliche Rolle als therapeutisches Mittel für Hypoxie und Ischämie-Reperfusionsstörungen wie z. B. Hirninfarkte spielen könnte.

Zusätzlich wurde festgestellt, dass Hypothermie, Hypometabolismus und Hypoxie-Resistenz, die durch tFOs induziert werden, durch drei Signalwege reguliert werden: olfaktorische, vagale und trigeminale Signalwege. Das Team stellte außerdem fest, dass tFOs TRPA1 im Vagus- und Trigeminusnerven aktivieren und diese Information an den zentralen Signalweg für Krisen vom Hirnstamm zum Mittelhirn weitergeleitet wird, wodurch diese latenten lebensschützenden Effekte ausgelöst werden.

Die meisten Pharmazeutika üben ihre therapeutischen Wirkungen aus, indem sie direkt auf Zellen und Gewebe einwirken, die aufgrund von Krankheit oder Trauma abnormal geworden sind, oder auf Krankheitserreger. Im Gegensatz dazu üben tFOs ihre therapeutische Wirkung über einen indirekten Mechanismus aus, indem sie sensorische Rezeptoren aktivieren, um latente lebensschützende Effekte zu induzieren, die vom Gehirn gesteuert werden. So regt die aktuelle Studie ein neues technologisches Konzept an, die „sensorischen Medizin“, eine Form der Therapie, bei der die latenten lebensschützenden Wirkungen, die Organismen im Laufe der Evolution erworben haben, künstlich induziert werden. Der TRPA1-Rezeptor, an den tFOs binden, die trigeminalen/vagalen Signalwege, die diese Informationen an das Gehirn weiterleiten, und die zentralen Krisenbahnen vom Hirnstamm zum Mittelhirn sind beim Menschen in ähnlicher Weise konserviert. Wenn also identifiziert werden kann, welche Art der tFOs das menschliche TRPA1 entsprechend aktivieren, könnten sie als therapeutische Mittel für Notfallpatienten eingesetzt werden.

Diese Studie wurde bereits in Communications Biology veröffentlicht und wird ebenfalls in Nature Communications veröffentlicht.

Der Artikel „Artificial hibernation/life-protective state induced by thiazoline-related innate fear odors“ („Künstlicher Winterschlaf/ lebensschützender Zustand induziert durch Thiazolin-verwandte angeborene Angstgerüche“) wurde in Communications Biology veröffentlicht: DOI 10.1038/s42003-020-01629-2

Der Artikel mit dem Titel „Thiazoline-related innate fear stimuli orchestrate hypothermia and anti-hypoxia via sensory TRPA1 activation“ („Thiazolin-bedingte angeborene Angstreize induzieren Hypothermie und Anti-Hypoxie über sensorische TRPA1-Aktivierung“) wird in Nature Communications veröffentlicht: DOI 10.1038/s41467-021-22205-0

Die Sperrfrist für diese Abhandlung wird an diesem Tag zur folgenden Zeit aufgehoben: 
10:00 Londoner Zeit (BST)/ 05:00 Eastern Time USA 
19:00 japanische Zeit/ 20:00 Australian Eastern Time 

Pressekontakt:

Ko Kobayakawa
Ph.D.
Kansai Medical University
Tel: +81-72-804-2577
E-Mail: kobayakk@hirakata.kmu.ac.jp
Adresse: 2-5-1 Shin-machi
Hirakata
Osaka 573-1010
Japan

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