Kuidas teadlased sigade elundeid tund pärast nende surma taaselustasid

Hapnik on elu eliksiir. Peatage selle vool - insuldi, südameataki või surma ajal - ja keha kuded reageerivad bioloogilisele tormile, mis lõpuks viib nende surmani.

See ei sobi elundite siirdamiseks. Enamik annetatud elundeid näeb vaeva, et pärast surma ellu jääda. Hapnikupuuduses kaotavad nad kiiresti oma funktsiooni. Rakud muutuvad happelisteks, ülespuhutud laikudeks, mis lekivad, vigastades oma naabreid. Immuunsüsteem hoogustub, pumbates välja surmava hormoonide ja immuunkemikaalide segu, mis saadab aju ja immuunsüsteemi hüperliikumisse, kahjustades selle käigus enamikku elundeid. Teisisõnu, kui surm saabub, pole enam tagasiteed.

Või on seal?

Uues uurimuses in loodus viitab sellele, et võib olla. Välise tsirkulatsioonisüsteemi abil taaselustas teadlaste meeskond sigade elundeid osaliselt tundi pärast nende surma. OrganExi nimega süsteem töötab nagu alternatiivne vereringesüsteem. Vere asemel pumpab see sünteetilist aseainet, et meelitada keha arvama, et see on veel mõnevõrra elus.

Et olla selge, teadlased ei teinud sea zombisid. Kuigi vere asendamise retsept aitas säilitada osa ajukudedest, ei aktiveerinud see neuronites koordineeritud elektrilist aktiivsust. Teisisõnu on äärmiselt ebatõenäoline, et sead protseduuri ajal teadvusele tulid. Kuid teised kehaorganid said potentsiaalse tõuke teiseks eluks. Südame, maksa ja neerude rakud paranesid mitme molekulaaranalüüsi põhjal.

Eesmärk ei ole ehitada uue ajastu Frankensteini. Pigem on see abiks vooluga elundisiirdamine vähenenud verevoolust tingitud puudus ja tervisehädad. "Saavutus osutab võimalustele, kuidas parandada siirdamist ning insultide ja südameinfarkti ravi," kirjutas Dr Robert Porte Hollandi Groningeni ülikoolist, kes ei osalenud uuringus.

See ei ole meeskonna esimene katse surnud elundite taaselustamiseks. Tagasi 2019-sse, käivitasid nad sigadel ajutegevuse neli tundi pärast nende surma, tekitades tormi surma määratlemise kohta. "Suurem osa inimkonna ajaloost oli surm väga lihtne... nüüd peame küsima, mis on pöördumatu," ütles Dr Christof Koch, tol ajal Alleni ajuteaduse instituudi president ja peateadur.

"See on tõeliselt tähelepanuväärne ja uskumatult oluline uuring. See näitab, et pärast surma ei sure imetajate organite (sealhulgas inimeste) rakud, näiteks aju, mitu tundi. ütles Dr Sam Parnia New Yorgi ülikoolist, kes ei osalenud uuringus.

Aju taaskäivitamine

Esimesed surmakillud pole ilusad. Kui rakud on hapnikupuuduses, lähevad nende sisemised molekulaarsed protsessid pöördesse. Protsessi nimetatakse isheemiaks, mis tähendab tavaliselt hapnikku kandva vere puudust. Nagu viljade org ilma veeta, on see halb märk: südame isheemia võib vallandada südameataki; ajju, insult.

Lahendus peaks olema lihtne. Lisage rakkudele rohkem hapnikku, nagu põllukultuuridele vett, ja need peaksid koheselt elavnema.

Mitte päris. Katse-eksituse meetodil mõistsid teadlased, et hapnikuvaeste kudede – näiteks aju või südame – pumpamine hapnikurikka verega põhjustab rohkem vigastus. See on nagu kuivanud kaktuse järsk ülekastmine ja selle juurte mädanemine.

Me pole ikka veel päris kindlad, miks see juhtub, kuid teadlased on ideid välja töötanud. Sama meeskonna esimene läbimurre toimus 2019. aastal, kui nad töötasid välja tehnika nimega BrainEx aidata taastada 32 seapea närvifunktsiooni pärast 6-tunnist hapnikuvaegust. Aju arteritesse soojendatud säilitusvedeliku pumpamisel näitasid ajurakud normaalset metaboolset aktiivsust ja säilitasid oma struktuuri - mis tavaliselt sureb kokku. Üksikud neuronid tekitasid ka elektrilisi sädemeid, kuid ajud ei näidanud mingeid märke keerukast närvitegevusest ega teadlikkusest.

Kuid tulemused tekitasid Yale'i ülikooli autori dr Nenad Sestani idee. Aju on erakordselt õrn organ, mis on vastuvõtlik hapnikupuudusele. Kui saame selle mõnevõrra taaskäivitada, siis miks mitte teha sama kogu keha organite jaoks?

"Kui suudate surnud sea ajus mõne funktsiooni taastada, saate seda teha ka teistes organites," ütles.

Kõik, kõikjal, kõik korraga

Lähme tagasi.

Surma korral süda lakkab pumbamast. See tähendab, et kõik koed on hapniku- ja toitainetepuuduses ning isegi pärast verega reperfusiooni närbuvad. Nende kaitsemembraanid lagunevad. Elundid kaotavad oma struktuurse terviklikkuse.

Kudede tervena hoidmise nipp on spetsiaalne vedelik, mida nimetatakse krüoprotektiivseks perfusaadiks. Mõelge sellest kui uskumatult toitvast smuutist, mis läheb otse teie vereringesse. Või bioloogiline vedel kuld. Autoritel on retsept: Hemopure, kemikaal, mis jäljendab valke punastes verelibledes, et aidata kaasa hapniku transportimisele; verehüüvete eest kaitsvad kemikaalid; ja rikkalikult toitaineid, mis kaitsevad rakke kahjustuste eest.

Kuid kogu keha kaitsmine on palju suurem töö kui lihtsalt mõne närvifunktsiooni säilitamine. Uues uuringus tegid autorid oma retsepti mõned muudatused. Peamine neist oli komponentide lisamine, mis aitavad immuunsüsteemi kontrolli all hoida. Teine oli elektrolüütide piserdamine, et aidata suremas kudesid, ja antibiootikumide tüübi muutmine. Nad nimetasid oma uue tehnoloogia OrganExiks.

"Kunstvere" ülekandmiseks koostas meeskond automatiseeritud süsteemi, mis pumpab perfusaadi sigade vereringesse. Nad kõik olid tund aega varem surnud südameseiskumise tõttu ja neil polnud pulssi. Meeskond võrdles oma OrganExi süsteemi hoolduse kuldstandardiga – ECMO ehk kehavälise membraaniga hapnikuga varustamise masinaga –, mida haiglad kasutavad hapnikuga hädas olevate inimeste jaoks rahe-Mary katsena, näiteks Covid-19.

Kuus tundi hiljem kontrollisid nad tulemusi. ECMO ei suutnud kõiki elundeid korralikult hapnikuga varustada. Mõned väiksemad veresooned olid kokku kukkunud. Seevastu OrganExi süsteemiga ravitud loomadel oli vähe probleeme elektrolüütide või happesusega, mis on lagunevate rakkude puhul tavalised probleemid. Sügavamale kaevates näis, et kolme tüüpi ajurakud säilivad paremini prefrontaalses ajukoores (pea esiosas asuv ajupiirkond, mis on oluline arutlemise ja muude täidesaatvate funktsioonide jaoks).

Ajust kaugemale jõudes katsetas meeskond OrganExi järgmiseks terve hulga kehaorganitega, nagu süda, kopsud, maks, neerudja kõhunääre. Tundub, et süsteem lükkab ringluse tagasi käigule, hapnik voolab keha kudedesse. Mõned elundite osad võtsid endasse glükoosi, teatud tüüpi suhkrurakke, mida sageli kasutatakse ainevahetuseks. OrganEx-ravi saanud sigade maks pumbas erinevalt ECMO-ga ravitud sigadest välja ka normaalse valgu. Samuti ärkas ellu rakkude geneetiline programmeerimine, suurendades rakkude parandamise ja taastamisega seotud geene.

"Mikroskoobi all oli raske teha vahet terve elundi ja organExi tehnoloogiaga pärast surma töödeldud elundi vahel." ütles uuringu autor dr Zvonimir Vrselja.

Kui te ei saa öelda, kas see on oluline?

Jah, on küll. Kuigi OrganEx aitab sigade organeid taaselustada, pole see kaugel sellest, et surnud looma ellu äratatakse. Pigem olid nende organid paremini kaitstud madala hapnikusisalduse eest, mis tekib südameinfarkti või insuldi ajal.

"Võib ette kujutada, et OrganExi süsteemi (või selle komponente) võidakse kasutada selliste inimeste hädaolukorras ravimiseks," ütles Porte.

Tehnoloogia võib aidata säilitada ka doonororganeid, kuid selleks on veel pikk tee minna. Dr. Brendan Parentile, NYU Grossmani meditsiinikooli siirdamise eetika ja poliitikauuringute direktorile, võib OrganEx sundida valdkonda ümber mõtlema. Näiteks, kas on võimalik, et kellelgi võivad töötada perifeersed elundid, kuid ta ei tule kunagi teadvusele? Meditsiinitehnoloogia arenedes muutub surm protsessiks, mitte hetkeks.

"Seda olukorda tuntakse meditsiiniringkondades kui "sillat eikusagile" ja see on juba tavalisemaks muutunud seoses ECMO laialdasema kasutamisega ECPR-is [kehaväline kardiopulmonaalne elustamine]," kirjutas Lapsevanem.

Praeguseks viitab uuring, et kudedel ja organitel on pärast verest ilmajäämist üllatav taastumisvõime. "Üldiselt on meie tehnoloogia edasist optimeerimist ja laiendamist vaja, et täielikult mõista selle laiemat mõju isheemilistele kudedele ja taastumisele," ütlesid autorid.

Pildi autorid: David Andrijevic, Zvonimir Vrselja, Taras Lysyy, Shupei Zhang; Sestani labor; Yale'i meditsiinikool. OrganEx taastab kudede funktsioonid tund pärast surma; neerud taastavad oma struktuuri.