Hvordan videnskabsmænd genoplivede organer hos grise en time efter de døde

Ilt er livseliksiren. Stop dets flow – under et slagtilfælde, hjerteanfald eller død – og kroppens væv reagerer i en biologisk storm, der til sidst fører til deres død.

Det er ikke fantastisk til organtransplantationer. De fleste donerede organer kæmper for at overleve efter døden. Uden ilt mister de hurtigt deres funktion. Celler bliver til sure, oppustede klatter, der lækker og skader deres naboer. Immunsystemet øges og pumper et dødbringende sammenkogt af hormoner og immunkemikalier ud, der sender hjernen og immunsystemet i hyperdrift og beskadiger de fleste organer i processen. Med andre ord, når først døden sætter ind, er der ingen vej tilbage.

Eller er der?

En ny undersøgelse in Natur tyder på, at der kan være. Ved hjælp af et eksternt cirkulationssystem genoplivede et hold videnskabsmænd delvist organer hos grise timer efter deres død. Systemet, kaldet OrganEx, fungerer som et alternativt kredsløbssystem. I stedet for blod pumper den en syntetisk erstatning for at narre kroppen til at tro, at den stadig er i live.

For at være klar, lavede forskerne ikke svinezombier. Selvom bloderstatningsopskriften hjalp med at bevare noget hjernevæv, genaktiverede den ikke nogen koordineret elektrisk aktivitet i neuroner. Det er med andre ord yderst usandsynligt, at grisene genvandt bevidstheden under proceduren. Men andre kropslige organer fik et potentielt løft for et andet liv. Celler i hjertet, leveren og nyrerne reparerede sig selv baseret på flere molekylære analyser.

Målet er ikke at bygge en ny tidsalder Frankenstein. Det er snarere for at hjælpe med strømmen organtransplantation mangel og helbredsmæssige nødsituationer forårsaget af forsnævret blodgennemstrømning. "Resultatet peger på måder at forbedre transplantationer og behandlingen af ​​slagtilfælde og hjerteanfald," skrev Dr. Robert Porte ved University of Groningen i Holland, som ikke var involveret i undersøgelsen.

Det er ikke holdets første forsøg på at genoplive døde organer. Tilbage i 2019, udløste de hjerneaktivitet hos grise fire timer efter deres død, hvilket udløste en ildstorm om, hvordan man definerer død. "I det meste af menneskehedens historie var døden meget enkel ... nu må vi stille spørgsmålstegn ved, hvad der er irreversibelt," sagde Dr. Christof Koch, præsident og chefforsker ved Allen Institute of Brain Science på det tidspunkt.

"Dette er en virkelig bemærkelsesværdig og utrolig betydningsfuld undersøgelse. Det viser, at celler i pattedyrsorganer (inklusive mennesker), såsom hjernen, efter døden ikke dør i mange timer." sagde Dr. Sam Parnia ved New York University, som ikke var involveret i undersøgelsen.

Genstart af hjernen

De første stykker af døden er ikke smukke. Når celler er berøvet ilt, går deres indre molekylære processer topsy-turvy. Processen kaldes iskæmi, hvilket betyder mangel på blod, der normalt bærer ilt. Som en dal af afgrøder uden vand er det et dårligt tegn: iskæmi til hjertet kan udløse et hjerteanfald; til hjernen, et slagtilfælde.

Løsningen skal være nem. Tilføj mere ilt til cellerne, som vand til afgrøder, og de skulle blive friske lige op.

Ikke helt. Med forsøg og fejl indså forskerne, at pumpning af iltfattigt væv - for eksempel en hjerne eller et hjerte - med iltrigt blod forårsager mere skade. Det er som pludselig at overvande en udtørret kaktus og rådne dens rødder.

Vi er stadig ikke helt sikre på, hvorfor dette sker, men videnskabsmænd har lavet ideer. Et første gennembrud fra det samme hold kom i 2019, da de udviklede en teknik kaldet BrainEx for at hjælpe med at genoprette en vis neural funktion i 32 grisehoveder efter 6 timers iltfattigt. Ved at pumpe en opvarmet konserveringsvæske ind i hjernens arterier viste hjernecellerne normale metaboliske aktiviteter og beholdt deres struktur - som normalt ville kollapse ved døden. Individuelle neuroner udløste også elektriske udbrud, men hjernen viste ingen tegn på sofistikeret neural aktivitet eller bevidsthed.

Alligevel udløste resultaterne en idé til studieforfatteren Dr. Nenad Sestan ved Yale University. Hjernen er et usædvanligt sart organ, der er modtageligt for iltmangel. Hvis vi kan genstarte det lidt, hvorfor så ikke gøre det samme for organer i hele kroppen?

"Hvis du kan genvinde en funktion i en død grisehjerne, kan du også gøre det i andre organer," han sagde.

Alt, overalt, alt på én gang

Lad os gå tilbage.

Ved døden holder hjertet op med at pumpe. Det betyder, at alt væv udsultes for ilt og næringsstoffer, og selv efter reperfusion med blod, visner de væk. Deres beskyttende membraner nedbrydes. Organer mister deres strukturelle integritet.

Tricket til at holde væv sundt er en speciel væske kaldet kryobeskyttende perfusat. Tænk på det som en utrolig nærende smoothie, der går direkte ind i dit blodomløb. Eller biologisk flydende guld. Forfatterne har en opskrift: Hemopure, et kemikalie, der efterligner proteiner i røde blodlegemer for at hjælpe med at transportere ilt; kemikalier til beskyttelse mod blodpropper; og et væld af næringsstoffer til at beskytte celler mod skader.

Men at beskytte hele kroppen er et meget større arbejde end blot at bevare nogle neurale funktioner. I den nye undersøgelse lavede forfatterne et par justeringer af deres opskrift. Den vigtigste var at tilføje komponenter, der hjælper med at holde immunsystemet i skak. En anden var et drys af elektrolytter til at hjælpe døende væv og at ændre typen af ​​antibiotika. De døbte deres nye teknologi OrganEx.

For at transfundere det "kunstige blod" oprustede holdet et automatiseret system, der pumper perfusatet ind i grisenes blodbane. De var alle døde af hjertestop en time tidligere og havde ikke puls. Holdet stillede deres OrganEx-system op imod den gyldne standard for pleje - ECMO eller en ekstrakorporal membran-iltningsmaskine - som hospitaler bruger som et hagl-Mary-forsøg for mennesker, der kæmper med ilt, for eksempel Covid-19.

Seks timer senere tjekkede de resultaterne. ECMO var ikke i stand til korrekt at give ilt til alle organer. Nogle af de mindre blodkar var kollapset. I modsætning hertil havde dyr behandlet med OrganEx-systemet få problemer med elektrolytter eller surhed, som er almindelige problemer med henfaldende celler. Graver man dybere, syntes tre typer hjerneceller at bevare bedre i den præfrontale cortex (en hjerneregion foran på dit hoved, der er vigtig for ræsonnement og andre eksekutive funktioner).

Ud over hjernen testede holdet derefter OrganEx på en lang række kropslige organer, såsom hjerte, lunger, lever, nyrerog bugspytkirtlen. Systemet så ud til at sætte cirkulationen tilbage i gear, hvor ilt strømmede til væv i kroppen. Nogle dele af organerne optog glukose, en type sukkercelle, der ofte bruges til stofskifte. Leverne fra OrganEx-behandlede grise pumpede også et normalt protein ud, i modsætning til dem under ECMO. Cellernes genetiske programmering kom også tilbage til live, hvilket øgede gener involveret i cellulær reparation og restaurering.

"Under mikroskopet var det svært at se forskel på et sundt organ og et, der var blevet behandlet med OrganEx-teknologi efter døden," sagde studieforfatter Dr. Zvonimir Vrselja.

Hvis du ikke kan fortælle, betyder det noget?

Ja det gør. Selvom OrganEx hjælper med at revitalisere grises organer, er det langt fra et afdødt dyr, der bliver bragt til live igen. I stedet var deres organer bedre beskyttet mod lave iltniveauer, som opstår under hjerteanfald eller slagtilfælde.

"Man kunne forestille sig, at OrganEx-systemet (eller komponenter deraf) kunne bruges til at behandle sådanne mennesker i en nødsituation," sagde Porte.

Teknologien kunne også hjælpe med at bevare donororganer, men der er lang vej igen. For Dr. Brendan Parent, direktør for transplantationsetik og politikforskning ved NYU Grossman School of Medicine, kan OrganEx tvinge til en nytænkning af feltet. Er det for eksempel muligt, at nogen kan have fungerende perifere organer, men aldrig kommer til bevidsthed? Efterhånden som medicinsk teknologi udvikler sig, bliver døden en proces, ikke et øjeblik.

"Denne situation er kendt i medicinske samfund som 'broen til ingenting' og er allerede blevet mere almindelig med øget brug af ECMO i ECPR [ekstrakorporal hjerte-lunge-redning]," skrev Forælder.

Indtil videre tyder undersøgelsen på, at væv og organer har en overraskende evne til at regenerere efter at være blevet frataget blod. "Samlet set vil yderligere optimering og udvidelse af vores teknologi være nødvendig for fuldt ud at forstå dens bredere virkninger på iskæmisk væv og genopretning," sagde forfatterne.

Billedkredit: David Andrijevic, Zvonimir Vrselja, Taras Lysyy, Shupei Zhang; Sestan Laboratorium; Yale School of Medicine. OrganEx genopretter vævsfunktioner en time efter døden; nyrerne genvinder deres struktur.