Bagaimana Ilmuwan Menghidupkan Kembali Organ pada Babi Satu Jam Setelah Mereka Mati

Oksigen adalah obat mujarab kehidupan. Hentikan alirannya—selama stroke, serangan jantung, atau kematian—dan jaringan tubuh merespons dalam badai biologis yang akhirnya menyebabkan kematian mereka.

Ini tidak bagus untuk transplantasi organ. Sebagian besar organ yang disumbangkan berjuang untuk bertahan hidup setelah kematian. Kekurangan oksigen, mereka dengan cepat kehilangan fungsinya. Sel berubah menjadi asam, gumpalan kembung yang bocor, melukai tetangga mereka. Sistem kekebalan meningkat, memompa ramuan mematikan hormon dan bahan kimia kekebalan yang mengirim otak dan sistem kekebalan ke hyperdrive, merusak sebagian besar organ dalam prosesnya. Dengan kata lain, begitu kematian datang, tidak ada jalan untuk kembali.

Atau ada?

Sebuah studi baru in Alam menyarankan mungkin ada. Menggunakan sistem sirkulasi eksternal, tim ilmuwan menghidupkan kembali sebagian organ pada babi beberapa jam setelah kematian mereka. Sistem yang diberi nama OrganEx ini bekerja seperti sistem peredaran darah alternatif. Alih-alih darah, itu memompa pengganti sintetis untuk mengelabui tubuh agar berpikir itu masih hidup.

Untuk lebih jelasnya, para ilmuwan tidak membuat zombie babi. Meskipun resep penggantian darah membantu melestarikan beberapa jaringan otak, itu tidak mengaktifkan kembali aktivitas listrik terkoordinasi di neuron. Dengan kata lain, sangat tidak mungkin babi-babi itu sadar kembali selama prosedur. Tetapi organ tubuh lainnya memang mendapatkan dorongan potensial untuk kehidupan kedua. Sel-sel di jantung, hati, dan ginjal memperbaiki dirinya sendiri berdasarkan analisis molekuler ganda.

Tujuannya bukan untuk membangun Frankenstein zaman baru. Sebaliknya, ini untuk membantu arus transplantasi organ kekurangan dan keadaan darurat kesehatan yang disebabkan oleh aliran darah yang terbatas. “Pencapaian ini menunjukkan cara untuk meningkatkan transplantasi dan pengobatan stroke dan serangan jantung,” menulis Dr Robert Porte di Universitas Groningen di Belanda, yang tidak terlibat dalam penelitian ini.

Ini bukan perampokan pertama tim untuk menghidupkan kembali organ yang mati. Kembali di 2019, mereka memicu aktivitas otak pada babi empat jam setelah kematian mereka, memicu badai tentang bagaimana mendefinisikan kematian. "Untuk sebagian besar sejarah manusia, kematian sangat sederhana ... sekarang, kita harus mempertanyakan apa yang tidak dapat diubah," tersebut Christof Koch, presiden dan kepala ilmuwan di Institut Ilmu Otak Allen pada saat itu.

“Ini adalah studi yang benar-benar luar biasa dan sangat signifikan. Ini menunjukkan bahwa setelah kematian, sel-sel di organ mamalia (termasuk manusia) seperti otak tidak mati selama berjam-jam,” tersebut Dr Sam Parnia di New York University, yang tidak terlibat dalam penelitian ini.

Reboot Otak

Potongan pertama kematian tidak cantik. Ketika sel-sel kekurangan oksigen, proses molekuler bagian dalamnya menjadi kacau balau. Proses ini disebut iskemia, yang berarti kekurangan darah yang biasanya membawa oksigen. Seperti lembah tanaman tanpa air, itu pertanda buruk: iskemia pada jantung dapat memicu serangan jantung; ke otak, stroke.

Solusinya harus mudah. Tambahkan lebih banyak oksigen ke sel, seperti air ke tanaman, dan mereka akan segera bersemangat.

Tidak terlalu. Dengan coba-coba, para ilmuwan menyadari bahwa memompa jaringan yang kekurangan oksigen—katakanlah, otak atau jantung—dengan darah yang kaya oksigen menyebabkan lebih cedera. Ini seperti tiba-tiba menyiram kaktus kering dan membusuk akarnya.

Kami masih tidak yakin mengapa ini terjadi, tetapi para ilmuwan telah menyiapkan ide. Terobosan pertama dari tim yang sama datang pada tahun 2019, ketika mereka mengembangkan teknik yang disebut BrainEx untuk membantu memulihkan beberapa fungsi saraf di 32 kepala babi setelah 6 jam kehabisan oksigen. Memompa cairan pengawet yang dipanaskan ke dalam arteri otak, sel-sel otak menunjukkan aktivitas metabolisme normal dan mempertahankan strukturnya—yang biasanya akan runtuh saat kematian. Neuron individu juga dipicu dengan semburan listrik, tetapi otak tidak menunjukkan tanda-tanda aktivitas atau kesadaran saraf yang canggih.

Namun hasilnya memicu ide untuk penulis studi Dr. Nenad Sestan di Universitas Yale. Otak adalah organ yang sangat halus yang rentan terhadap kekurangan oksigen. Jika kita agak bisa me-reboot-nya, kenapa tidak melakukan hal yang sama untuk organ-organ di seluruh tubuh?

“Jika Anda bisa mendapatkan kembali beberapa fungsi di otak babi yang mati, Anda juga bisa melakukannya di organ lain,” dia tersebut.

Semuanya, Dimana-mana, Sekaligus

Mari kita mundur.

Setelah kematian, jantung berhenti memompa. Ini berarti bahwa semua jaringan kekurangan oksigen dan nutrisi, dan bahkan setelah reperfusi dengan darah, mereka akan layu. Selaput pelindung mereka rusak. Organ kehilangan integritas strukturalnya.

Trik untuk menjaga jaringan tetap sehat adalah cairan khusus yang disebut cryoprotective perfusate. Anggap saja sebagai smoothie yang sangat bergizi yang langsung masuk ke sirkulasi darah Anda. Atau emas cair biologis. Penulis punya resep: Hemopure, bahan kimia yang meniru protein dalam sel darah merah untuk membantu membawa oksigen; bahan kimia untuk melindungi dari pembekuan darah; dan banyak nutrisi untuk melindungi sel dari kerusakan.

Tetapi melindungi seluruh tubuh adalah pekerjaan yang jauh lebih besar daripada hanya mempertahankan beberapa fungsi saraf. Dalam studi baru, penulis membuat beberapa penyesuaian pada resep mereka. Yang utama adalah menambahkan komponen yang membantu menjaga sistem kekebalan tubuh. Lain adalah taburan elektrolit untuk membantu jaringan sekarat, dan mengubah jenis antibiotik. Mereka menjuluki teknologi baru mereka OrganEx.

Untuk mentransfusikan "darah buatan", tim memasang sistem otomatis yang memompa perfusi ke dalam aliran darah babi. Mereka semua meninggal karena serangan jantung satu jam sebelumnya dan tidak memiliki denyut nadi. Tim mengadu sistem OrganEx mereka dengan standar perawatan emas — ECMO, atau mesin oksigenasi membran ekstrakorporeal — yang digunakan rumah sakit sebagai upaya hujan es untuk orang-orang yang berjuang dengan oksigen, misalnya, Covid-19.

Enam jam kemudian, mereka memeriksa hasilnya. ECMO tidak mampu menyediakan oksigen dengan baik ke semua organ. Beberapa pembuluh darah yang lebih kecil telah runtuh. Sebaliknya, hewan yang diobati dengan sistem OrganEx memiliki sedikit masalah dengan elektrolit atau keasaman, yang merupakan masalah umum dengan pembusukan sel. Menggali lebih dalam, tiga jenis sel otak tampaknya bertahan lebih baik di korteks prefrontal (wilayah otak di bagian depan kepala Anda yang penting untuk penalaran dan fungsi eksekutif lainnya).

Melampaui otak, tim selanjutnya menguji OrganEx pada seluruh organ tubuh, seperti jantung, paru-paru, hati, ginjal, dan pankreas. Sistem itu tampaknya mengembalikan sirkulasi ke roda gigi, dengan oksigen mengalir ke jaringan-jaringan di dalam tubuh. Beberapa bagian organ mengambil glukosa, sejenis sel gula yang sering digunakan untuk metabolisme. Hati babi yang diberi OrganEx juga memompa protein normal, tidak seperti yang ada di bawah ECMO. Pemrograman genetik sel juga hidup kembali, meningkatkan gen yang terlibat dalam perbaikan dan pemulihan sel.

“Di bawah mikroskop, sulit untuk membedakan antara organ yang sehat dan yang telah dirawat dengan teknologi OrganEx setelah kematian,” tersebut penulis studi Dr. Zvonimir Vrselja.

Jika Anda Tidak Bisa Memberitahu, Apakah Penting?

Ya, memang. Meskipun OrganEx membantu merevitalisasi organ babi, masih jauh dari menghidupkan kembali hewan yang sudah mati. Sebaliknya, organ mereka lebih terlindungi dari kadar oksigen rendah, yang terjadi selama serangan jantung atau stroke.

“Orang bisa membayangkan bahwa sistem OrganEx (atau komponennya) dapat digunakan untuk merawat orang-orang seperti itu dalam keadaan darurat,” kata Porte.

Teknologi ini juga dapat membantu melestarikan organ donor, tetapi perjalanan masih panjang. Kepada Dr. Brendan Parent, direktur etika transplantasi dan penelitian kebijakan di NYU Grossman School of Medicine, OrganEx mungkin memaksa pemikiran ulang untuk bidang tersebut. Misalnya, mungkinkah seseorang memiliki organ perifer yang berfungsi tetapi tidak pernah sadar kembali? Seiring berkembangnya teknologi kedokteran, kematian menjadi sebuah proses, bukan momen.

“Situasi ini dikenal di komunitas medis sebagai 'jembatan ke mana-mana', dan telah menjadi lebih umum dengan meningkatnya penggunaan ECMO di ECPR [resusitasi kardiopulmoner ekstrakorporeal]," menulis Induk.

Untuk saat ini, penelitian menunjukkan bahwa jaringan dan organ memiliki kemampuan yang mengejutkan untuk beregenerasi setelah kekurangan darah. “Secara keseluruhan, pengoptimalan dan perluasan lebih lanjut dari teknologi kami akan diperlukan untuk sepenuhnya memahami efeknya yang lebih luas pada jaringan dan pemulihan iskemik,” kata para penulis.

Kredit Gambar: David Andrijevic, Zvonimir Vrselja, Taras Lysyy, Shupei Zhang; Laboratorium Sestan; Fakultas Kedokteran Yale. OrganEx mengembalikan fungsi jaringan satu jam setelah kematian; ginjal mendapatkan kembali strukturnya.