כיצד מדענים החיו איברים בחזירים שעה לאחר מותם

חמצן הוא סם החיים. עצור את זרימתו - בזמן שבץ מוחי, התקף לב או מוות - ורקמות הגוף מגיבות בסערה ביולוגית שמובילה בסופו של דבר למותם.

זה לא נהדר עבור השתלות איברים. רוב האיברים שנתרמו נאבקים כדי לשרוד מעבר למוות. ללא חמצן, הם מאבדים במהירות את תפקודם. תאים הופכים לכתמים חומציים ונפוחים שדולפים ופוגעים בשכניהם. מערכת החיסון מתגברת, מוציאה תערובת קטלנית של הורמונים וכימיקלים חיסוניים ששולחים את המוח והמערכת החיסונית לדחף יתר, ופוגעים ברוב האיברים בתהליך. במילים אחרות, ברגע שהמוות נכנס, אין דרך חזרה.

או האם יש?

מחקר חדש in טבע מציע שאולי יש. באמצעות מערכת זרימה חיצונית, צוות מדענים החיה חלקית איברים בחזירים שעות לאחר מותם. המערכת, שזכתה לכינוי OrganEx, פועלת כמו מערכת זרימת דם חלופית. במקום דם, הוא מזרים תחליף סינתטי כדי להערים על הגוף לחשוב שהוא עדיין קצת חי.

שיהיה ברור, המדענים לא יצרו זומבים חזירים. למרות שהמתכון להחלפת דם עזר לשמר מעט רקמת מוח, הוא לא הפעיל מחדש שום פעילות חשמלית מתואמת בנוירונים. במילים אחרות, זה מאוד לא סביר שהחזירים חזרו להכרה במהלך ההליך. אבל איברים גופניים אחרים אכן קיבלו דחיפה פוטנציאלית לחיים שניים. תאים בלב, בכבד ובכליות תיקנו את עצמם על סמך ניתוחים מולקולריים מרובים.

המטרה היא לא לבנות פרנקנשטיין עידן חדש. במקום זאת, זה לעזור עם הזרם השתלת איברים מחסור ומקרי חירום בריאותיים הנגרמים כתוצאה מזרימת דם מכווצת. "ההישג מצביע על דרכים לשיפור ההשתלות והטיפול בשבץ והתקפי לב", כתב ד"ר רוברט פורטה מאוניברסיטת חרונינגן בהולנד, שלא היה מעורב במחקר.

זו לא הגיחה הראשונה של הצוות להחייאת איברים מתים. חזרה ל- 2019, הם הפעילו פעילות מוחית אצל חזירים ארבע שעות לאחר פטירתם, ועוררו סערת אש כיצד להגדיר מוות. "במשך רוב ההיסטוריה האנושית, המוות היה פשוט מאוד... כעת, עלינו לשאול מה הוא בלתי הפיך," אמר ד"ר כריסטוף קוך, נשיא ומדען ראשי במכון אלן למדעי המוח באותה תקופה.

"זהו מחקר מדהים ומשמעותי להפליא. זה מדגים שלאחר המוות, תאים באיברי יונקים (כולל בני אדם) כמו המוח אינם מתים במשך שעות רבות". אמר ד"ר סם פרניה מאוניברסיטת ניו יורק, שלא היה מעורב במחקר.

מאתחל את המוח

החלקים הראשונים של המוות אינם יפים. כאשר התאים נמנעים מחמצן, התהליכים המולקולריים הפנימיים שלהם מתכווצים. התהליך מכונה איסכמיה, כלומר מחסור בדם הנושא חמצן בדרך כלל. כמו עמק של יבולים ללא מים, זה סימן רע: איסכמיה ללב יכולה לעורר התקף לב; למוח, שבץ.

הפתרון צריך להיות קל. הוסיפו עוד חמצן לתאים, כמו מים לגידולים, והם אמורים להועיל מיד.

לא בדיוק. בעזרת ניסוי וטעייה, מדענים הבינו ששאיבת רקמה חסרת חמצן - נגיד, מוח או לב - עם דם עשיר בחמצן גורם יותר פציעה. זה כמו לפתע להשקות יתר על המידה קקטוס שהתייבש ולהרקב את שורשיו.

אנחנו עדיין לא לגמרי בטוחים למה זה קורה, אבל מדענים בישלו רעיונות. פריצת דרך ראשונה מאותו צוות הגיעה ב-2019, כאשר הם פיתחו טכניקה בשם BrainEx כדי לסייע בשיקום תפקוד עצבי כלשהו ב-32 ראשי חזירים לאחר 6 שעות של דלדול חמצן. שאיבת נוזל משמר מחומם לתוך עורקי המוח, תאי המוח הראו פעילות מטבולית תקינה ושמרו על המבנה שלהם - שבדרך כלל היה מתמוטט במוות. נוירונים בודדים ניצתו גם הם בהתפרצויות חשמליות, אבל המוח לא הראה שום סימן לפעילות עצבית מתוחכמת או למודעות.

עם זאת, התוצאות הציתו רעיון עבור מחבר המחקר ד"ר ננאד ססטן באוניברסיטת ייל. המוח הוא איבר עדין במיוחד הרגיש לחוסר חמצן. אם נוכל לאתחל אותו במידת מה, למה לא לעשות את אותו הדבר עבור איברים בכל הגוף?

"אם אתה יכול להחזיר תפקוד כלשהו במוח של חזיר מת, אתה יכול לעשות את זה גם באיברים אחרים", הוא אמר.

הכל, בכל מקום, בבת אחת

בואו נחזור אחורה.

עם המוות, הלב מפסיק לפעום. משמעות הדבר היא שכל הרקמות מורעבות מחמצן וחומרי הזנה, וגם לאחר פרפוזיה חוזרת בדם, הן נובלות. קרומי ההגנה שלהם מתפרקים. איברים מאבדים את השלמות המבנית שלהם.

הטריק לשמירה על בריאות הרקמות הוא נוזל מיוחד שנקרא פרפוזט מגן מפני קריו. תחשוב על זה כעל שייק מזין להפליא שנכנס ישר למחזור הדם שלך. או זהב נוזלי ביולוגי. לכותבים יש מתכון: Hemopure, כימיקל המחקה חלבונים בתאי דם אדומים כדי לעזור לשאת חמצן; כימיקלים להגנה מפני קרישי דם; ושפע של חומרים מזינים כדי להגן על התאים מפני נזק.

אבל הגנה על הגוף כולו היא עבודה הרבה יותר גדולה מאשר רק שימור תפקוד עצבי כלשהו. במחקר החדש, המחברים ביצעו כמה שינויים במתכון שלהם. עיקרי היה הוספת רכיבים שעוזרים לשמור על מערכת החיסון בשליטה. אחר היה זריקת אלקטרוליטים כדי לעזור לרקמות גוססות, ושינוי סוג האנטיביוטיקה. הם כינו את הטכנולוגיה החדשה שלהם OrganEx.

כדי להזרים את "הדם המלאכותי", הצוות יצר מערכת אוטומטית השואבת את הזילוף לזרם הדם של החזירים. כולם מתו מדום לב שעה קודם לכן ולא היה להם דופק. הצוות העמיד את מערכת ה-OrganEx שלהם מול תקן הזהב של טיפול - ECMO, או מכונת חמצון ממברנה חוץ גופית - שבתי חולים משתמשים בו כניסיון ברד של מרי לאנשים שנאבקים עם חמצן, למשל, Covid-19.

שש שעות לאחר מכן, הם בדקו את התוצאות. ECMO לא הצליח לספק חמצן לכל האיברים. חלק מכלי הדם הקטנים יותר קרסו. לעומת זאת, לבעלי חיים שטופלו במערכת OrganEx היו מעט בעיות עם אלקטרוליטים או חומציות, שהן בעיות נפוצות עם תאים מתפוררים. בחפירה עמוקה יותר, נראה ששלושה סוגים של תאי מוח נשמרים טוב יותר בקליפת המוח הקדם-מצחית (אזור מוחי בקדמת ראשך שחשוב להיגיון ולתפקודים ניהוליים אחרים).

מעבר למוח, הצוות בדק לאחר מכן את OrganEx על שורה שלמה של איברי גוף, כמו לב, ריאות, כבד, כליות, והלבלב. נראה היה שהמערכת מחזירה את מחזור הדם להילוך, כשהחמצן זורם לרקמות בגוף. חלקים מסוימים של האיברים ספגו גלוקוז, סוג של תאי סוכר המשמשים לעתים קרובות למטבוליזם. הכבדים של חזירים שטופלו ב-OrganEx שאבו גם חלבון רגיל, בניגוד לאלה שתחת ECMO. גם התכנות הגנטי של התאים חזר לחיים, והגביר את הגנים המעורבים בתיקון ושיקום התא.

"תחת המיקרוסקופ, היה קשה להבחין בין איבר בריא לאיבר שטופל בטכנולוגיית OrganEx לאחר המוות", אמר מחבר המחקר ד"ר זבונימיר ורסליה.

אם אתה לא יכול לדעת, האם זה משנה?

כן זה כן. למרות ש-OrganEx עוזרת להחיות את איברי החזירים, זה רחוק מלהחזיר לחיים חיה שנפטרה. במקום זאת, האיברים שלהם היו מוגנים טוב יותר מפני רמות חמצן נמוכות, המתרחשות במהלך התקפי לב או שבץ.

"אפשר לדמיין שמערכת OrganEx (או רכיביה) עשויה לשמש לטיפול באנשים כאלה במצב חירום", אמר פורטה.

הטכנולוגיה יכולה גם לסייע בשימור איברים תורם, אבל יש עוד דרך ארוכה לעבור. לד"ר ברנדן הורה, מנהל אתיקה של השתלות ומחקר מדיניות בבית הספר לרפואה של ניו יורק גרוסמן, OrganEx עשויה לכפות חשיבה מחודשת על התחום. לדוגמה, האם ייתכן שלמישהו יהיו איברים היקפיים עובדים אך לעולם לא יחזור להכרה? ככל שהטכנולוגיה הרפואית מתפתחת, המוות הופך לתהליך, לא לרגע.

"מצב זה ידוע בקהילות רפואיות כ'גשר לשום מקום', וכבר הפך נפוץ יותר עם שימוש מוגבר ב-ECMO ב-ECPR [החייאת לב ריאה חוץ גופית]" כתב הוֹרֶה.

לעת עתה, המחקר מצביע על כך שלרקמות ואיברים יש יכולת מפתיעה להתחדש לאחר שנשללו מהם דם. "בסך הכל, יידרשו אופטימיזציה והרחבה נוספת של הטכנולוגיה שלנו כדי להבין היטב את ההשפעות הרחבות יותר שלה על רקמות איסכמיות והתאוששות", אמרו המחברים.

קרדיט תמונה: דיוויד אנדרייביץ', זבונימיר ורסליה, טאראס ליסי, שופיי ג'אנג; מעבדת ססטן; בית הספר לרפואה ייל. OrganEx משחזר את תפקודי הרקמה שעה לאחר המוות; הכליות משחזרות את המבנה שלהן.