كيف أحيا العلماء أعضاء في الخنازير بعد ساعة من موتها

الأكسجين إكسير الحياة. أوقف تدفقه - أثناء السكتة الدماغية أو النوبة القلبية أو الموت - وتستجيب أنسجة الجسم في عاصفة بيولوجية تؤدي في النهاية إلى موتهم.

إنه ليس رائعًا بالنسبة لعمليات زرع الأعضاء. تكافح معظم الأعضاء المتبرع بها من أجل البقاء على قيد الحياة بعد الموت. بسبب حرمانهم من الأكسجين ، يفقدون وظائفهم بسرعة. تتحول الخلايا إلى كتل حمضية منتفخة تتسرب وتجرح جيرانها. يتكاثف جهاز المناعة ، ويضخ مزيجًا مميتًا من الهرمونات والمواد الكيميائية المناعية التي ترسل الدماغ والجهاز المناعي إلى فرط النشاط ، مما يؤدي إلى إتلاف معظم الأعضاء في هذه العملية. بعبارة أخرى ، بمجرد حلول الموت ، لن يكون هناك عودة للوراء.

أو هل هناك؟

كشفت دراسة جديدة in الطبيعة يقترح أنه قد يكون هناك. باستخدام نظام الدوران الخارجي ، قام فريق من العلماء بإحياء أعضاء الخنازير جزئيًا بعد ساعات من وفاتها. يعمل النظام ، المسمى OrganEx ، مثل نظام الدورة الدموية البديل. بدلاً من الدم ، يضخ بديلاً اصطناعيًا لخداع الجسم ليعتقد أنه لا يزال على قيد الحياة إلى حد ما.

للتوضيح ، لم يصنع العلماء كائنات الزومبي الخنازير. على الرغم من أن وصفة استبدال الدم ساعدت في الحفاظ على بعض أنسجة المخ ، إلا أنها لم تعيد تنشيط أي نشاط كهربائي منسق في الخلايا العصبية. بمعنى آخر ، من المستبعد جدًا أن تستعيد الخنازير أي وعي أثناء العملية. لكن أعضاء الجسم الأخرى حصلت على دفعة محتملة لحياة ثانية. أصلحت الخلايا في القلب والكبد والكلى نفسها بناءً على تحليلات جزيئية متعددة.

الهدف ليس بناء عصر جديد من فرانكشتاين. بدلا من ذلك ، هو للمساعدة في التيار زراعة الاعضاء النقص والطوارئ الصحية الناجمة عن ضيق تدفق الدم. "يشير الإنجاز إلى طرق تحسين عمليات الزرع وعلاج السكتات الدماغية والنوبات القلبية ،" كتب الدكتور روبرت بورت في جامعة جرونينجن بهولندا ، والذي لم يشارك في الدراسة.

إنها ليست أول غزوة للفريق لإحياء الأعضاء الميتة. مرة أخرى في 2019، تسببوا في نشاط دماغ الخنازير بعد أربع ساعات من وفاتها ، مما أثار عاصفة نارية حول كيفية تعريف الموت. "بالنسبة لمعظم تاريخ البشرية ، كان الموت بسيطًا جدًا ... الآن ، علينا أن نتساءل عما لا رجوع فيه ،" محمد الدكتور كريستوف كوخ ، رئيس وكبير العلماء في معهد ألين لعلوم الدماغ في ذلك الوقت.

"هذه دراسة رائعة حقًا وهامة بشكل لا يصدق. إنه يوضح أنه بعد الموت ، الخلايا في أعضاء الثدييات (بما في ذلك البشر) مثل الدماغ لا تموت لعدة ساعات ، " محمد الدكتور سام بارنيا من جامعة نيويورك ، الذي لم يشارك في الدراسة.

إعادة تشغيل الدماغ

أجزاء الموت الأولى ليست جميلة. عندما تحرم الخلايا من الأكسجين ، فإن عملياتها الجزيئية الداخلية تتقلب رأسا على عقب. يطلق على هذه العملية اسم نقص التروية ، وهو ما يعني نقص الدم الذي يحمل الأكسجين بشكل طبيعي. مثل وادي المحاصيل بدون ماء ، إنها علامة سيئة: نقص تروية القلب يمكن أن يؤدي إلى نوبة قلبية ؛ إلى الدماغ ، سكتة دماغية.

يجب أن يكون الحل سهلاً. أضف المزيد من الأكسجين إلى الخلايا ، مثل الماء للمحاصيل ، ويجب أن تنشط على الفور.

ليس تماما. من خلال التجربة والخطأ ، أدرك العلماء أن ضخ الأنسجة المحرومة من الأكسجين - مثل الدماغ أو القلب - بدم غني بالأكسجين يسبب الأكثر من ذلك إصابة. إنه مثل إغراق صبار جاف فجأة وتعفن جذوره.

ما زلنا غير متأكدين تمامًا من سبب حدوث ذلك ، لكن العلماء كانوا يعدون الأفكار. جاء الاختراق الأول من نفس الفريق في عام 2019 ، عندما طوروا تقنية تسمى BrainEx للمساعدة في استعادة بعض الوظائف العصبية في 32 رأس خنزير بعد 6 ساعات من نضوب الأكسجين. بضخ مادة حافظة دافئة في شرايين الدماغ ، أظهرت خلايا الدماغ أنشطة أيضية طبيعية وحافظت على بنيتها - والتي عادة ما تنهار عند الموت. تنفجر الخلايا العصبية الفردية أيضًا من خلال رشقات كهربائية ، لكن الأدمغة لم تظهر أي علامات على نشاط عصبي متطور أو وعي.

ومع ذلك ، أثارت النتائج فكرة لمؤلف الدراسة الدكتور نيناد سيستان في جامعة ييل. الدماغ عضو حساس بشكل استثنائي عرضة لنقص الأكسجين. إذا تمكنا من إعادة تشغيله إلى حد ما ، فلماذا لا نفعل الشيء نفسه للأعضاء في جميع أنحاء الجسم؟

"إذا تمكنت من استعادة بعض الوظائف في دماغ خنزير ميت ، يمكنك القيام بذلك في أعضاء أخرى أيضًا" ، قال محمد.

كل شيء ، في كل مكان ، دفعة واحدة

دعونا نتراجع.

عند الموت ، يتوقف القلب عن الضخ. هذا يعني أن جميع الأنسجة محرومة من الأكسجين والمغذيات ، وحتى بعد إعادة ضخها بالدم ، فإنها تذبل. أغشيتها الواقية تتكسر. تفقد الأعضاء سلامتها الهيكلية.

الحيلة للحفاظ على صحة الأنسجة هي سائل خاص يسمى المبرد الوقائي. فكر في الأمر على أنه عصير مغذي بشكل لا يصدق يذهب مباشرة إلى الدورة الدموية. أو الذهب السائل البيولوجي. الباحثون لديهم وصفة: Hemopure ، وهي مادة كيميائية تحاكي البروتينات في خلايا الدم الحمراء للمساعدة في حمل الأكسجين. المواد الكيميائية للحماية من جلطات الدم. وثروة من العناصر الغذائية لحماية الخلايا من التلف.

لكن حماية الجسم بالكامل هي مهمة أكبر بكثير من مجرد الحفاظ على بعض الوظائف العصبية. في الدراسة الجديدة ، أجرى المؤلفون بعض التعديلات على وصفتهم. كان العامل الرئيسي هو إضافة مكونات تساعد في الحفاظ على نظام المناعة تحت السيطرة. وكان آخر هو رش الإلكتروليتات للمساعدة في موت الأنسجة ، وتغيير نوع المضادات الحيوية. لقد أطلقوا على التكنولوجيا الجديدة اسم OrganEx.

لنقل "الدم الاصطناعي" ، جهز الفريق نظامًا آليًا يضخ السائل الإرواء في مجرى دم الخنازير. لقد ماتوا جميعًا بسبب السكتة القلبية قبل ساعة ولم يكن لديهم نبض. وضع الفريق نظام OrganEx مقابل المعيار الذهبي للرعاية - ECMO ، أو آلة أكسجة الغشاء خارج الجسم - التي تستخدمها المستشفيات كمحاولة لماري البرد للأشخاص الذين يعانون من الأكسجين ، على سبيل المثال ، Covid-19.

بعد ست ساعات ، قاموا بفحص النتائج. لم يكن ECMO قادرًا على توفير الأكسجين بشكل صحيح لجميع الأعضاء. وانهارت بعض الأوعية الدموية الصغيرة. في المقابل ، كانت الحيوانات التي عولجت بنظام OrganEx تعاني من مشاكل قليلة مع الإلكتروليتات أو الحموضة ، وهي مشكلات شائعة في الخلايا المتحللة. بالحفر بشكل أعمق ، يبدو أن ثلاثة أنواع من خلايا الدماغ تحافظ بشكل أفضل في قشرة الفص الجبهي (منطقة دماغية في مقدمة رأسك مهمة للاستدلال والوظائف التنفيذية الأخرى).

بعد تجاوز الدماغ ، اختبر الفريق بعد ذلك OrganEx على مجموعة كاملة من أعضاء الجسم ، مثل القلب والرئتين والكبد ، كلاويوالبنكرياس. يبدو أن النظام يعيد الدورة الدموية إلى الترس ، مع تدفق الأكسجين إلى الأنسجة في الجسم. تناولت بعض أجزاء الأعضاء الجلوكوز ، وهو نوع من خلايا السكر غالبًا ما يستخدم في عملية التمثيل الغذائي. تضخ كبد الخنازير المعالجة بـ OrganEx أيضًا بروتينًا طبيعيًا ، على عكس تلك الموجودة في ECMO. كما عادت البرمجة الجينية للخلايا إلى الحياة ، مما أدى إلى تكثيف الجينات المشاركة في إصلاح الخلايا واستعادتها.

"تحت المجهر ، كان من الصعب التمييز بين عضو سليم وعضو تم علاجه بتقنية OrganEx بعد الوفاة ،" محمد مؤلف الدراسة الدكتور Zvonimir Vrselja.

إذا كنت لا تستطيع أن تخبر ، فهل هذا مهم؟

نعم إنها كذلك. على الرغم من أن OrganEx تساعد في تنشيط أعضاء الخنازير ، إلا أنها بعيدة كل البعد عن عودة حيوان ميت إلى الحياة. بدلا من ذلك ، كانت أعضائهم محمية بشكل أفضل من مستويات الأكسجين المنخفضة ، والتي تحدث أثناء النوبات القلبية أو السكتات الدماغية.

قال بورتي: "يمكن للمرء أن يتخيل أن نظام OrganEx (أو مكوناته) يمكن استخدامه لعلاج هؤلاء الأشخاص في حالات الطوارئ".

يمكن أن تساعد التكنولوجيا أيضًا في الحفاظ على الأعضاء المانحة ، ولكن لا يزال هناك طريق طويل لنقطعه. إلى الدكتور بريندان بارنت ، مدير أخلاقيات الزرع وبحوث السياسات في كلية غروسمان للطب بجامعة نيويورك ، قد تفرض OrganEx إعادة التفكير في هذا المجال. على سبيل المثال ، هل من الممكن أن يكون لدى شخص ما أعضاء محيطية عاملة ولكن لا يستعيد وعيه أبدًا؟ مع تطور التكنولوجيا الطبية ، يصبح الموت عملية وليس لحظة.

"يُعرف هذا الوضع في المجتمعات الطبية بأنه" جسر إلى أي مكان "، وقد أصبح بالفعل أكثر شيوعًا مع زيادة استخدام ECMO في ECPR [الإنعاش القلبي الرئوي خارج الجسم] ،" كتب الأبوين.

في الوقت الحالي ، تشير الدراسة إلى أن الأنسجة والأعضاء تتمتع بقدرة مذهلة على التجدد بعد حرمانها من الدم. قال المؤلفون: "بشكل عام ، ستكون هناك حاجة إلى مزيد من التحسين والتوسع في تقنيتنا لفهم آثارها الأوسع نطاقًا على الأنسجة الإقفارية والتعافي".

حقوق الصورة: David Andrijevic، Zvonimir Vrselja، Taras Lysyy، Shupei Zhang؛ مختبر سيستان مدرسة ييل للطب. يعيد OrganEx وظائف الأنسجة بعد ساعة واحدة من الموت ؛ الكلى تستعيد هيكلها.