Kuinka tutkijat elvyttivät sikojen elimiä tunnin kuluttua niiden kuolemasta

Happi on elämän eliksiiri. Pysäytä sen virtaus – aivohalvauksen, sydänkohtauksen tai kuoleman aikana – ja kehon kudokset reagoivat biologiseen myrskyyn, joka lopulta johtaa heidän kuolemaansa.

Se ei ole hyvä elinsiirtoihin. Useimmat lahjoitetut elimet kamppailevat selviytyäkseen kuoleman jälkeen. Hapen puutteessa ne menettävät nopeasti toimintansa. Solut muuttuvat happamiksi, turvotuiksi täpliksi, jotka vuotavat vahingoittaen naapureitaan. Immuunijärjestelmä kiihtyy ja pumppaa ulos tappavan yhdistelmän hormoneja ja immuunikemikaaleja, jotka lähettävät aivot ja immuunijärjestelmän hyperajoon ja vahingoittavat useimpia elimiä prosessin aikana. Toisin sanoen, kun kuolema tulee, ei ole paluuta.

Tai onko olemassa?

Uusi tutkimus in luonto ehdottaa, että voisi olla. Ulkoisen verenkiertojärjestelmän avulla tutkijaryhmä elvytti osittain sikojen elimiä tunteja niiden kuoleman jälkeen. OrganEx-niminen järjestelmä toimii kuin vaihtoehtoinen verenkiertojärjestelmä. Veren sijasta se pumppaa synteettistä korviketta huijatakseen kehon ajattelemaan, että se on vielä jossain määrin elossa.

Selvyyden vuoksi tiedemiehet eivät tehneet sian zombeja. Vaikka verenkorvausresepti auttoi säilyttämään osan aivokudoksesta, se ei aktivoinut uudelleen mitään koordinoitua sähköistä toimintaa hermosoluissa. Toisin sanoen on erittäin epätodennäköistä, että siat palasivat tajuihinsa toimenpiteen aikana. Mutta muut kehon elimet saivat potentiaalisen sysäyksen toiselle elämälle. Sydämen, maksan ja munuaisten solut korjautuivat useiden molekyylianalyysien perusteella.

Tavoitteena ei ole rakentaa uuden aikakauden Frankensteinia. Pikemminkin se auttaa virran kanssa elinsiirto pulaa ja ahtautuneen verenkierron aiheuttamia terveysongelmia. "Saavutus osoittaa tapoja parantaa elinsiirtoja ja aivohalvausten ja sydänkohtausten hoitoa", kirjoitti Tri Robert Porte Groningenin yliopistosta Hollannista, joka ei ollut mukana tutkimuksessa.

Tämä ei ole joukkueen ensimmäinen tutkimus kuolleiden elimien elvyttämiseksi. Takaisin 2019iin, ne saivat aikaan aivotoiminnan sioissa neljä tuntia niiden kuoleman jälkeen, mikä herätti myrskyn kuoleman määrittelystä. "Suurin osan ihmiskunnan historiasta kuolema oli hyvin yksinkertaista... Nyt meidän on kysyttävä, mikä on peruuttamatonta." sanoi Tri Christof Koch, presidentti ja johtava tutkija Allen Institute of Brain Sciencessa tuolloin.

"Tämä on todella merkittävä ja uskomattoman merkittävä tutkimus. Se osoittaa, että kuoleman jälkeen solut nisäkkään elimissä (mukaan lukien ihmiset), kuten aivoissa, eivät kuole moneen tuntiin." sanoi Tohtori Sam Parnia New Yorkin yliopistosta, joka ei ollut mukana tutkimuksessa.

Aivojen uudelleenkäynnistys

Kuoleman ensimmäiset palat eivät ole kauniita. Kun soluista puuttuu happea, niiden sisäiset molekyyliprosessit menevät umpikujaan. Prosessia kutsutaan iskemiaksi, mikä tarkoittaa normaalisti happea kuljettavan veren puutetta. Kuten sadon laakso ilman vettä, se on huono merkki: sydämen iskemia voi laukaista sydänkohtauksen; aivoihin, aivohalvaus.

Ratkaisun tulee olla helppo. Lisää soluihin enemmän happea, kuten vettä kasveihin, ja niiden pitäisi piristyä.

Ei aivan. Yrityksen ja erehdyksen avulla tutkijat ymmärsivät, että happipuutteisen kudoksen – esimerkiksi aivojen tai sydämen – pumppaaminen happirikkaalla verellä aiheuttaa lisää vahinkoa. Se on kuin kuivuneen kaktuksen äkillinen kasteleminen yli ja mädännyt sen juuret.

Emme ole vieläkään aivan varmoja, miksi näin tapahtuu, mutta tiedemiehet ovat keksineet ideoita. Ensimmäinen läpimurto samasta tiimistä tuli vuonna 2019, kun he kehittivät Brain-nimisen tekniikanEx auttaa palauttamaan jonkin verran hermostoa 32 sian pään 6 tunnin happipuutteen jälkeen. Pumpattaessa lämmitettyä säilöntäainenestettä aivojen valtimoihin aivosolut osoittivat normaalia aineenvaihduntaa ja säilyttivät rakenteensa - joka normaalisti romahti kuolemassa. Yksittäiset neuronit kipinöivät myös sähköpurskeilla, mutta aivoissa ei näkynyt merkkejä kehittyneestä hermotoiminnasta tai tietoisuudesta.

Silti tulokset saivat idean tutkimuksen kirjoittajalle tohtori Nenad Sestanille Yalen yliopistosta. Aivot ovat poikkeuksellisen herkkä elin, joka on herkkä hapenpuutteelle. Jos voimme käynnistää sen uudelleen, miksi emme tekisi samaa elimille kaikkialla kehossa?

"Jos voit palauttaa jonkin toiminnon kuolleen sian aivoissa, voit tehdä sen myös muissa elimissä", hän sanoi.

Kaikki, kaikkialla, kaikki kerralla

Perääntykäämme.

Kuollessa sydän lakkaa pumppaamasta. Tämä tarkoittaa, että kaikki kudokset ovat hapen ja ravintoaineiden nälässä, ja jopa veren reperfuusion jälkeen ne kuihtuvat. Niiden suojakalvot hajoavat. Elimet menettävät rakenteellisen eheytensä.

Temppu kudoksen terveenä pitämiseen on erityinen neste, jota kutsutaan kylmältä suojaavalla perfusaatilla. Ajattele sitä uskomattoman ravitsevana smoothiena, joka menee suoraan verenkiertoosi. Tai biologista nestemäistä kultaa. Kirjoittajilla on resepti: Hemopure, kemikaali, joka jäljittelee proteiineja punasoluissa auttaakseen kuljettamaan happea; verihyytymiä vastaan ​​suojaavat kemikaalit; ja runsaasti ravinteita, jotka suojaavat soluja vaurioilta.

Mutta koko kehon suojaaminen on paljon suurempi tehtävä kuin vain jonkin hermoston toiminnan säilyttäminen. Uudessa tutkimuksessa kirjoittajat tekivät muutamia muutoksia reseptiinsä. Tärkein niistä oli komponenttien lisääminen, jotka auttavat pitämään immuunijärjestelmän kurissa. Toinen oli elektrolyyttien ripotteleminen kuolevien kudosten auttamiseksi ja antibioottien tyypin muuttaminen. He antoivat uuden teknologiansa nimeksi OrganEx.

"Keinoveren" siirtämiseksi tiimi kehitti automatisoidun järjestelmän, joka pumppaa perfusaatin sikojen verenkiertoon. He kaikki olivat kuolleet sydänpysähdykseen tuntia aikaisemmin, eikä heillä ollut pulssia. Tiimi kohtasi OrganEx-järjestelmänsä hoidon kultaisen standardin – ECMO:n eli kehonulkoisen kalvohapetuskoneen – kanssa, jota sairaalat käyttävät hapen kanssa kamppailevien ihmisten, esimerkiksi Covid-19:n, rae-Mary-yrityksenä.

Kuusi tuntia myöhemmin he tarkistivat tulokset. ECMO ei pystynyt toimittamaan kunnolla happea kaikille elimille. Jotkut pienemmistä verisuonista olivat romahtaneet. Sitä vastoin OrganEx-järjestelmällä hoidetuilla eläimillä oli vähän ongelmia elektrolyyttien tai happamuuden kanssa, jotka ovat yleisiä hajoavien solujen ongelmia. Kun kaivetaan syvemmälle, kolmen tyyppiset aivosolut näyttivät säilyvän paremmin prefrontaalisessa aivokuoressa (pään etuosassa oleva aivoalue, joka on tärkeä päättelylle ja muille toimeenpanotoiminnoille).

Aivojen ulkopuolella tiimi testasi seuraavaksi OrganExiä useissa kehon elimissä, kuten sydämessä, keuhkoissa, maksassa, munuaiset, ja haima. Järjestelmä näytti potkivan verenkierron takaisin vaihteeseen, jolloin happea virtasi kehon kudoksiin. Jotkut elinten osat veivät glukoosia, eräänlaista sokerisolua, jota usein käytetään aineenvaihduntaan. OrganEx-käsiteltyjen sikojen maksat pumppasivat myös normaalia proteiinia, toisin kuin ECMO:ssa. Myös solujen geneettinen ohjelmointi heräsi henkiin ja nosti solujen korjaamiseen ja palauttamiseen osallistuvia geenejä.

"Mikroskoopin alla oli vaikea erottaa terveen elimen ja OrganEx-tekniikalla hoidetun elimen välillä kuoleman jälkeen." sanoi tutkimuksen kirjoittaja Dr. Zvonimir Vrselja.

Jos et osaa kertoa, onko sillä väliä?

Kyllä. Vaikka OrganEx auttaa elvyttämään sikojen elimiä, se ei ole kaukana kuolleen eläimen herättämisestä henkiin. Pikemminkin heidän elimänsä olivat paremmin suojattuja alhaisilta happitasoilta, joita esiintyy sydänkohtausten tai aivohalvausten aikana.

"Voisi kuvitella, että OrganEx-järjestelmää (tai sen osia) voitaisiin käyttää tällaisten ihmisten hoitoon hätätilanteessa", Porte sanoi.

Tekniikka voisi myös auttaa säilyttämään luovuttajien elimiä, mutta matkaa on vielä pitkä. Tohtori Brendan Parenille, NYU Grossman School of Medicine -koulun elinsiirtoetiikan ja politiikan tutkimuksen johtajalle, OrganEx saattaa pakottaa pohtimaan alaa uudelleen. Onko esimerkiksi mahdollista, että jollakin voisi olla toimivia perifeerisiä elimiä, mutta hän ei koskaan palaa tajuihinsa? Lääketieteen tekniikan kehittyessä kuolemasta tulee prosessi, ei hetki.

"Tämä tilanne tunnetaan lääketieteellisissä yhteisöissä "sillana ei minnekään", ja se on jo yleistynyt ECMO:n lisääntyneen käytön myötä ECPR:ssä [kehonulkoinen kardiopulmonaalinen elvytys], kirjoitti Vanhempi.

Toistaiseksi tutkimus viittaa siihen, että kudoksilla ja elimillä on yllättävä kyky uusiutua veren puutteen jälkeen. "Kaiken kaikkiaan teknologiamme lisäoptimointia ja laajentamista tarvitaan ymmärtääksemme täysin sen laajemmat vaikutukset iskeemisiin kudoksiin ja palautumiseen", kirjoittajat sanoivat.

Kuvan tekijä: David Andrijevic, Zvonimir Vrselja, Taras Lysyy, Shupei Zhang; Sestanin laboratorio; Yalen lääketieteellinen korkeakoulu. OrganEx palauttaa kudosten toiminnot tunnin kuluttua kuolemasta; munuaiset saavat rakenteensa takaisin.