Hvordan forskere gjenopplivet organer i griser en time etter at de døde

Oksygen er livseliksiren. Stopp flyten - under et slag, hjerteinfarkt eller død - og kroppens vev reagerer i en biologisk storm som til slutt fører til deres død.

Det er ikke bra for organtransplantasjoner. De fleste donerte organer sliter med å overleve utover døden. Fratatt oksygen mister de raskt funksjonen. Celler blir til sure, oppblåste klatter som lekker og skader naboene. Immunsystemet øker, pumper ut en dødelig blanding av hormoner og immunkjemikalier som sender hjernen og immunsystemet til hyperdrift, og skader de fleste organer i prosessen. Med andre ord, når døden først setter inn, er det ingen vei tilbake.

Eller er det?

En ny studie in Natur antyder at det kan være. Ved hjelp av et eksternt sirkulasjonssystem gjenopplivet et team av forskere delvis organer hos griser timer etter deres død. Systemet, kalt OrganEx, fungerer som et alternativt sirkulasjonssystem. I stedet for blod pumper den en syntetisk erstatning for å lure kroppen til å tro at den fortsatt er i live.

For å være tydelig, laget ikke forskerne svinezombier. Selv om bloderstatningsoppskriften bidro til å bevare noe hjernevev, reaktiverte den ikke noen koordinert elektrisk aktivitet i nevroner. Det er med andre ord ekstremt usannsynlig at grisene kom tilbake til bevissthet under prosedyren. Men andre kroppslige organer fikk et potensielt løft for et nytt liv. Celler i hjertet, leveren og nyrene reparerte seg selv basert på flere molekylære analyser.

Målet er ikke å bygge en ny tidsalder Frankenstein. Det er heller for å hjelpe til med strømmen organtransplantasjon mangel og helsesituasjoner forårsaket av innsnevret blodstrøm. "Prestasjonen peker på måter å forbedre transplantasjoner og behandling av slag og hjerteinfarkt," skrev Dr. Robert Porte ved Universitetet i Groningen i Nederland, som ikke var involvert i studien.

Det er ikke lagets første forsøk på å gjenopplive døde organer. Tilbake i 2019, utløste de hjerneaktivitet hos griser fire timer etter deres bortgang, og utløste en ildstorm om hvordan man definerer død. "I det meste av menneskets historie var døden veldig enkel ... nå må vi stille spørsmål ved hva som er irreversibelt," sa Dr. Christof Koch, president og sjefforsker ved Allen Institute of Brain Science på den tiden.

"Dette er en virkelig bemerkelsesverdig og utrolig viktig studie. Den viser at etter døden dør ikke celler i pattedyrsorganer (inkludert mennesker) som hjernen på mange timer.» sa Dr. Sam Parnia ved New York University, som ikke var involvert i studien.

Starter hjernen på nytt

De første bitene av døden er ikke pene. Når cellene er frarøvet oksygen, går deres indre molekylære prosesser i hop. Prosessen kalles iskemi, som betyr mangel på blod som normalt bærer oksygen. Som en dal av avlinger uten vann, er det et dårlig tegn: iskemi til hjertet kan utløse et hjerteinfarkt; til hjernen, et slag.

Løsningen skal være enkel. Tilsett mer oksygen til cellene, som vann til avlinger, og de bør stige rett opp.

Ikke helt. Med prøving og feiling innså forskerne at pumping av oksygenfattig vev - for eksempel en hjerne eller hjerte - med oksygenrikt blod forårsaker mer skade. Det er som å plutselig overvanne en uttørket kaktus og råtne røttene.

Vi er fortsatt ikke helt sikre på hvorfor dette skjer, men forskere har laget ideer. Et første gjennombrudd fra det samme teamet kom i 2019, da de utviklet en teknikk kalt BrainEx for å hjelpe til med å gjenopprette noen nevrale funksjoner i 32 grisehoder etter 6 timer med utarmet oksygen. Ved å pumpe en oppvarmet konserveringsvæske inn i hjernens arterier, viste hjernecellene normale metabolske aktiviteter og beholdt sin struktur - som normalt ville kollapset i døden. Individuelle nevroner utløste også elektriske utbrudd, men hjernen viste ingen tegn til sofistikert nevral aktivitet eller bevissthet.

Likevel utløste resultatene en idé for studieforfatteren Dr. Nenad Sestan ved Yale University. Hjernen er et usedvanlig sart organ som er mottakelig for mangel på oksygen. Hvis vi kan starte det på nytt, hvorfor ikke gjøre det samme for organer i hele kroppen?

"Hvis du kan gjenvinne en viss funksjon i en død grisehjerne, kan du gjøre det i andre organer også," han sa.

Alt, overalt, alt på en gang

La oss gå tilbake.

Ved død slutter hjertet å pumpe. Dette betyr at alt vev er sultet på oksygen og næringsstoffer, og selv etter reperfusjon med blod, visner de bort. Deres beskyttende membraner brytes ned. Organer mister sin strukturelle integritet.

Trikset for å holde vevet sunt er en spesiell væske kalt kryobeskyttende perfusat. Tenk på det som en utrolig næringsrik smoothie som går rett inn i blodsirkulasjonen. Eller biologisk flytende gull. Forfatterne har en oppskrift: Hemopure, et kjemikalie som etterligner proteiner i røde blodceller for å hjelpe til med å frakte oksygen; kjemikalier for å beskytte mot blodpropp; og et vell av næringsstoffer for å beskytte cellene mot skade.

Men å beskytte hele kroppen er en mye større jobb enn bare å bevare noen nevrale funksjoner. I den nye studien gjorde forfatterne noen få justeringer av oppskriften. Den viktigste var å legge til komponenter som hjelper til med å holde immunsystemet i sjakk. En annen var et dryss av elektrolytter for å hjelpe døende vev, og å endre typen antibiotika. De kalte sin nye teknologi OrganEx.

For å overføre det "kunstige blodet" rigget teamet opp et automatisert system som pumper perfusatet inn i grisenes blodomløp. De hadde alle dødd av hjertestans en time tidligere og hadde ikke puls. Teamet satte OrganEx-systemet sitt opp mot gullstandarden for omsorg – ECMO, eller en ekstrakorporal membranoksygeneringsmaskin – som sykehus bruker som et hagl-Mary-forsøk for mennesker som sliter med oksygen, for eksempel Covid-19.

Seks timer senere sjekket de resultatene. ECMO var ikke i stand til å gi oksygen til alle organer. Noen av de mindre blodårene hadde kollapset. Derimot hadde dyr behandlet med OrganEx-systemet få problemer med elektrolytter eller surhet, som er vanlige problemer med råtnende celler. Graver du dypere, syntes tre typer hjerneceller å bevare bedre i den prefrontale cortex (en hjerneregion foran på hodet som er viktig for resonnement og andre eksekutive funksjoner).

Utover hjernen testet teamet deretter OrganEx på en hel rekke kroppslige organer, som hjerte, lunger, lever, nyrerog bukspyttkjertelen. Systemet så ut til å sette sirkulasjonen tilbake i gir, med oksygen som strømmet til vev i kroppen. Noen deler av organene tok opp glukose, en type sukkerceller som ofte brukes til metabolisme. Leverene til OrganEx-behandlede griser pumpet også ut et normalt protein, i motsetning til de under ECMO. Cellenes genetiske programmering kom også til live igjen, og økte gener involvert i cellulær reparasjon og restaurering.

"Under mikroskopet var det vanskelig å se forskjellen mellom et sunt organ og et som hadde blitt behandlet med OrganEx-teknologi etter døden," sa studieforfatter Dr. Zvonimir Vrselja.

Hvis du ikke kan fortelle, spiller det noen rolle?

Ja det gjør det. Selv om OrganEx hjelper til med å revitalisere griseorganer, er det langt fra et avdødt dyr som blir brakt tilbake til livet. Snarere var organene deres bedre beskyttet mot lave oksygennivåer, som oppstår under hjerteinfarkt eller slag.

"Man kan tenke seg at OrganEx-systemet (eller komponenter derav) kan brukes til å behandle slike mennesker i en nødssituasjon," sa Porte.

Teknologien kan også bidra til å bevare donororganer, men det er en lang vei å gå. For Dr. Brendan Parent, direktør for transplantasjonsetikk og policyforskning ved NYU Grossman School of Medicine, kan OrganEx tvinge til en ny vurdering av feltet. For eksempel, er det mulig at noen kan ha fungerende perifere organer, men aldri gjenvinne bevisstheten? Etter hvert som medisinsk teknologi utvikler seg, blir døden en prosess, ikke et øyeblikk.

"Denne situasjonen er kjent i medisinske miljøer som 'broen til ingensteds', og har allerede blitt mer vanlig med økt bruk av ECMO i ECPR [ekstrakorporeal hjerte-lunge-redning]," skrev Foreldre.

Foreløpig antyder studien at vev og organer har en overraskende evne til å regenerere etter å ha blitt fratatt blod. "Samlet sett vil ytterligere optimalisering og utvidelse av teknologien vår være nødvendig for å fullt ut forstå dens bredere effekter på iskemisk vev og utvinning," sa forfatterne.

Bildekreditt: David Andrijevic, Zvonimir Vrselja, Taras Lysyy, Shupei Zhang; Sestan laboratorium; Yale School of Medicine. OrganEx gjenoppretter vevsfunksjoner en time etter døden; nyrene gjenvinner sin struktur.