W kilku wyrwanych cebulkach włosów dobowy rytm organizmu pozostawia sygnał na tyle wyraźny, by można go było odczytać – i przekształcić w praktyczny test czasu biologicznego. Profesor Achim Kramer wraz ze współpracownikami z Charité – Universitätsmedizin Berlin wykazali, że pojedyncza próbka włosów może ujawnić, w jakim punkcie cyklu dobowego znajduje się wewnętrzny zegar danej osoby. To odkrycie, opublikowane w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences, przybliża medycynę do dostosowywania opieki zdrowotnej do rytmu ciała, a nie do zegara na ścianie – i rozwiązuje problem, który od lat blokował rozwój tej dziedziny.
Przez lata najbardziej wiarygodny sposób odmierzania ludzkiego zegara biologicznego opierał się na wzroście poziomu melatoniny w ściśle kontrolowanym, przyćmionym świetle. „Standardowa metoda stosowana do tej pory mierzy poziom melatoniny – »hormonu ciemności« – w ślinie, w przyćmionym świetle przez kilka godzin” – powiedział profesor Kramer, kierownik Oddziału Chronobiologii w Charité. Pacjenci musieli przestrzegać rygorystycznych zasad oświetlenia i wielokrotnie oddawać próbki śliny, co uniemożliwiało prowadzenie badań na dużą skalę. Każdy plan leczenia oparty na czasie biologicznym wymagał testu, który pacjenci mogą powtórzyć poza specjalistycznymi laboratoriami – i właśnie tę lukę wypełnia nowa metoda.
17 genów w cebulce włosa zamiast godzin w laboratorium
Zamiast czekać podczas wieczornej sesji laboratoryjnej, nowy test odczytuje aktywność 17 genów z komórek cebulek włosowych. Wykorzystując ten wzorzec, zespół wytrenował model komputerowy do szacowania, w którym punkcie 24-godzinnego cyklu znajduje się każda osoba.
„Dzięki uczeniu maszynowemu wzorzec ten można wykorzystać do obliczenia, w jakim punkcie dobowego rytmu znajduje się obecnie dana osoba” – powiedział Kramer.
Ponieważ sygnał pochodzi z jednej próbki pobranej w ciągu dnia, metoda wydaje się znacznie bardziej realistyczna w przypadku rutynowych testów niż dotychczasowy złoty standard.
Gdy metoda zaczęła działać, ponad 4000 uczestników przesłało pocztą próbki włosów z domów do analizy. Ta wyjątkowo duża grupa pozwoliła naukowcom porównać biologię w warunkach codziennego życia. Większa próba ujawniła, jak wiek, płeć i harmonogram pracy przesuwają zegar biologiczny w różnych kierunkach.
CYNICZNYM OKIEM: Latami potrzebowaliśmy przyciemnionego laboratorium i godzin śledzenia melatoniny, żeby ustalić coś, co kilka wyrwanych włosów może powiedzieć w jeden dzień. Nauka czasem przypomina osobę, która szuka okularów, mając je na nosie.
Wiek przesuwa zegar, płeć prawie nie
Wśród dorosłych w wieku około 25 lat wewnętrzna noc zaczynała się o około godzinę później niż u osób po 50. roku życia. Wzór ten potwierdza wcześniejsze badania nad snem – zegary biologiczne przesuwają się na późniejsze godziny w młodości i stopniowo przyspieszają z wiekiem. Proste etykiety typu „nocny marek” pomijają fakt, że wiek nieustannie zmienia indywidualny rytm.
Kobiety osiągały biologiczną noc nieco wcześniej niż mężczyźni, ale różnica wynosiła zaledwie 6 minut – znacznie mniej, niż sugerowały wcześniejsze badania ankietowe.
„Zakładamy jednak, że płeć wpływa na zegar wewnętrzny, ponieważ w innych badaniach wykazano również wpływ hormonów płciowych na rytmy biologiczne” – powiedział Kramer.
Osoby pracujące miały zegary działające o około pół godziny wcześniej niż osoby niezatrudnione, co sugeruje, że harmonogramy zawodowe mogą fizycznie modyfikować biologię człowieka.
Od klinik snu po leczenie raka
Praktyczne zastosowania nowej metody mogą być ogromne. Czas podania leku już teraz zmienia skuteczność niektórych immunoterapii nowotworów, ponieważ aktywność układu odpornościowego nie jest stała w ciągu dnia. Ten sam lek może oddziaływać na organizm inaczej w południe niż o zmierzchu, nawet jeśli dawka pozostaje bez zmian.
„Badania wykazują, że pora dnia, w której podawane są niektóre immunoterapie nowotworowe, może mieć istotny wpływ na ich skuteczność” – powiedział Kramer.
Kliniki snu mogłyby skorzystać z tej metody jako pierwsze, zwłaszcza gdy pacjent zgłasza zmęczenie, które nigdy nie pokrywa się z czasem zegarowym. Lekarze określają to podejście mianem medycyny okołodobowej – opieki dostosowanej do rytmów biologicznych człowieka.
„Analiza włosów jest jednak znacznie łatwiejsza do wykonania, co czyni tę metodę tak cenną” – dodał Kramer.
CYNICZNYM OKIEM: Medycyna odkrywa, że leki działają inaczej w zależności od pory dnia – co oznacza, że przez dekady podawaliśmy je pacjentom o godzinie wygodnej dla szpitala, a nie dla organizmu. Ale przynajmniej grafik dyżurów się zgadzał.
Jedną z nierozstrzygniętych kwestii pozostaje to, jak bardzo wewnętrzny czas danej osoby przesuwa się z tygodnia na tydzień. Naukowcy pracują nad standaryzacją analizy dla rutynowych laboratoriów, ale dopóki to nie nastąpi, metoda powinna być stosowana w uważnych testach klinicznych, a nie do powszechnego użytku konsumenckiego. Jeśli większe badania potwierdzą jej wartość, lekarze będą mogli w końcu badać czas biologiczny równie łatwo, jak pytają o objawy – a cebulki włosów okażą się czymś więcej niż tylko ofiarą porannego czesania.
