Come gli scienziati hanno rianimato gli organi nei maiali un'ora dopo la loro morte

L'ossigeno è l'elisir di lunga vita. Se ne interrompi il flusso, durante un ictus, un infarto o un decesso, i tessuti del corpo rispondono in una tempesta biologica che alla fine li porta alla morte.

Non va bene per i trapianti di organi. La maggior parte degli organi donati lotta per sopravvivere oltre la morte. Privi di ossigeno, perdono rapidamente la loro funzione. Le cellule si trasformano in macchie acide e gonfie che perdono, ferendo i loro vicini. Il sistema immunitario si intensifica, pompando una miscela mortale di ormoni e sostanze chimiche immunitarie che mandano il cervello e il sistema immunitario in iperguida, danneggiando la maggior parte degli organi nel processo. In altre parole, una volta che la morte è arrivata, non si può tornare indietro.

O c'è?

Un nuovo studio in Natura suggerisce che potrebbe esserci. Utilizzando un sistema di circolazione esterno, un team di scienziati ha parzialmente rianimato gli organi dei maiali poche ore dopo la loro morte. Il sistema, soprannominato OrganEx, funziona come un sistema circolatorio alternativo. Invece del sangue, pompa un sostituto sintetico per indurre il corpo a pensare che sia ancora in qualche modo vivo.

Per essere chiari, gli scienziati non hanno creato zombi suini. Sebbene la ricetta per la sostituzione del sangue abbia aiutato a preservare parte del tessuto cerebrale, non ha riattivato alcuna attività elettrica coordinata nei neuroni. In altre parole, è estremamente improbabile che i maiali abbiano ripreso conoscenza durante la procedura. Ma altri organi del corpo hanno avuto una potenziale spinta per una seconda vita. Le cellule del cuore, del fegato e dei reni si sono riparate da sole sulla base di analisi molecolari multiple.

L'obiettivo non è costruire un Frankenstein new age. Piuttosto, è per aiutare con la corrente trapianto di organi carenza ed emergenze sanitarie causate da flusso sanguigno limitato. "Il risultato indica modi per migliorare i trapianti e il trattamento di ictus e attacchi di cuore", ha scritto Il dottor Robert Porte dell'Università di Groningen nei Paesi Bassi, che non è stato coinvolto nello studio.

Non è la prima incursione della squadra nel resuscitare organi morti. Torna in 2019, hanno attivato l'attività cerebrale nei maiali quattro ore dopo la loro morte, scatenando una tempesta di fuoco su come definire la morte. "Per la maggior parte della storia umana, la morte è stata molto semplice... ora dobbiamo mettere in discussione ciò che è irreversibile", disse Il dottor Christof Koch, all'epoca presidente e capo scienziato dell'Allen Institute of Brain Science.

“Questo è uno studio davvero notevole e incredibilmente significativo. Dimostra che dopo la morte, le cellule degli organi dei mammiferi (compreso l'uomo) come il cervello non muoiono per molte ore. disse Il dottor Sam Parnia della New York University, che non è stato coinvolto nello studio.

Riavvio del cervello

I primi frammenti di morte non sono belli. Quando le cellule vengono private di ossigeno, i loro processi molecolari interni vanno sottosopra. Il processo è soprannominato ischemia, che significa mancanza di sangue che normalmente trasporta l'ossigeno. Come una valle di raccolti senz'acqua, è un brutto segno: l'ischemia al cuore può scatenare un infarto; al cervello, un ictus.

La soluzione dovrebbe essere facile. Aggiungi più ossigeno alle cellule, come l'acqua alle colture, e dovrebbero ravvivarsi.

Non proprio. Con tentativi ed errori, gli scienziati si sono resi conto che il pompaggio di tessuti privi di ossigeno, ad esempio un cervello o un cuore, con sangue ricco di ossigeno provoca Scopri di più lesione. È come innaffiare improvvisamente un cactus secco e far marcire le sue radici.

Non siamo ancora del tutto sicuri del motivo per cui ciò accade, ma gli scienziati hanno inventato idee. Una prima svolta dalla stessa squadra è arrivata nel 2019, quando hanno sviluppato una tecnica chiamata BrainEx per aiutare a ripristinare alcune funzioni neurali in 32 teste di maiale dopo 6 ore di ossigeno esaurito. Pompando un liquido conservante riscaldato nelle arterie del cervello, le cellule cerebrali hanno mostrato normali attività metaboliche e mantenuto la loro struttura, che normalmente collasserebbe con la morte. Anche i singoli neuroni si accendevano con scariche elettriche, ma i cervelli non mostravano alcun segno di sofisticata attività neurale o consapevolezza.

Eppure i risultati hanno suscitato un'idea per l'autore dello studio, il dottor Nenad Sestan della Yale University. Il cervello è un organo eccezionalmente delicato suscettibile alla mancanza di ossigeno. Se possiamo in qualche modo riavviarlo, perché non fare lo stesso per gli organi di tutto il corpo?

"Se riesci a riguadagnare qualche funzione in un cervello di maiale morto, puoi farlo anche in altri organi", ha detto disse.

Tutto, ovunque, tutto in una volta

Torniamo indietro.

Alla morte, il cuore smette di pompare. Ciò significa che tutti i tessuti sono privati ​​di ossigeno e sostanze nutritive e, anche dopo la riperfusione con il sangue, appassiscono. Le loro membrane protettive si rompono. Gli organi perdono la loro integrità strutturale.

Il trucco per mantenere sani i tessuti è un fluido speciale chiamato perfusato crioprotettivo. Pensalo come un frullato incredibilmente nutriente che entra direttamente nella circolazione sanguigna. O oro liquido biologico. Gli autori hanno una ricetta: Hemopure, una sostanza chimica che imita le proteine ​​nei globuli rossi per aiutare a trasportare l'ossigeno; prodotti chimici per la protezione contro i coaguli di sangue; e una ricchezza di nutrienti per proteggere le cellule dai danni.

Ma proteggere l'intero corpo è un lavoro molto più grande della semplice conservazione di alcune funzioni neurali. Nel nuovo studio, gli autori hanno apportato alcune modifiche alla loro ricetta. Uno dei principali è stata l'aggiunta di componenti che aiutano a tenere sotto controllo il sistema immunitario. Un altro era una spolverata di elettroliti per aiutare i tessuti morenti e cambiare il tipo di antibiotici. Hanno soprannominato la loro nuova tecnologia OrganEx.

Per trasfondere il "sangue artificiale", il team ha attrezzato un sistema automatizzato che pompa il perfusato nel flusso sanguigno dei maiali. Erano tutti morti per arresto cardiaco un'ora prima e non avevano polso. Il team ha confrontato il proprio sistema OrganEx con il gold standard di cura - ECMO o una macchina per l'ossigenazione della membrana extracorporea - che gli ospedali usano come tentativo di grandine per le persone che lottano con l'ossigeno, ad esempio Covid-19.

Sei ore dopo, hanno controllato i risultati. L'ECMO non è stata in grado di fornire adeguatamente ossigeno a tutti gli organi. Alcuni dei vasi sanguigni più piccoli erano collassati. Al contrario, gli animali trattati con il sistema OrganEx hanno avuto pochi problemi con gli elettroliti o l’acidità, che sono problemi comuni con le cellule in decomposizione. Scavando più a fondo, tre tipi di cellule cerebrali sembravano conservarsi meglio nella corteccia prefrontale (una regione del cervello nella parte anteriore della testa importante per il ragionamento e altre funzioni esecutive).

Andando oltre il cervello, il team ha poi testato OrganEx su un'intera serie di organi corporei, come cuore, polmoni, fegato, renie pancreas. Il sistema sembrava rimettere in moto la circolazione, con l’ossigeno che fluiva verso i tessuti del corpo. Alcune parti degli organi assorbivano il glucosio, un tipo di cellula dello zucchero spesso utilizzata per il metabolismo. Anche il fegato dei maiali trattati con OrganEx ha pompato una proteina normale, a differenza di quelli trattati con ECMO. Anche la programmazione genetica delle cellule è tornata in vita, attivando i geni coinvolti nella riparazione e nel ripristino cellulare.

"Al microscopio, era difficile distinguere tra un organo sano e uno che era stato trattato con la tecnologia OrganEx dopo la morte", disse autore dello studio Dr. Zvonimir Vrselja.

Se non puoi dirlo, importa?

Sì, lo fa. Sebbene OrganEx aiuti a rivitalizzare gli organi dei maiali, è ben lungi dall'essere riportato in vita un animale deceduto. Piuttosto, i loro organi erano meglio protetti dai bassi livelli di ossigeno, che si verificano durante infarti o ictus.

"Si potrebbe immaginare che il sistema OrganEx (o i suoi componenti) potrebbero essere utilizzati per curare queste persone in caso di emergenza", ha affermato Porte.

La tecnologia potrebbe anche aiutare a preservare gli organi dei donatori, ma c'è ancora molta strada da fare. Per il dottor Brendan Parent, direttore dell'etica dei trapianti e della ricerca politica presso la NYU Grossman School of Medicine, OrganEx potrebbe imporre un ripensamento per il campo. Ad esempio, è possibile che qualcuno possa avere organi periferici funzionanti ma non riprendere mai conoscenza? Con lo sviluppo della tecnologia medica, la morte diventa un processo, non un momento.

"Questa situazione è nota nelle comunità mediche come il 'ponte verso il nulla' ed è già diventata più comune con l'uso crescente dell'ECMO nell'ECPR [rianimazione cardiopolmonare extracorporea]", ha scritto Genitore.

Per ora, lo studio suggerisce che i tessuti e gli organi hanno una sorprendente capacità di rigenerarsi dopo essere stati privati ​​del sangue. "Nel complesso, sarà necessaria un'ulteriore ottimizzazione ed espansione della nostra tecnologia per comprendere appieno i suoi effetti più ampi sui tessuti ischemici e sul recupero", hanno affermato gli autori.

Credito immagine: David Andrijevic, Zvonimir Vrselja, Taras Lysyy, Shupei Zhang; Laboratorio Sestan; Scuola di Medicina di Yale. OrganEx ripristina le funzioni dei tessuti un'ora dopo la morte; i reni riacquistano la loro struttura.