Jak naukowcy ożywili narządy u świń godzinę po ich śmierci?

Tlen jest eliksirem życia. Zatrzymaj jego przepływ — podczas udaru, zawału serca lub śmierci — a tkanki organizmu zareagują burzą biologiczną, która ostatecznie doprowadzi do ich śmierci.

To nie jest dobre do przeszczepów narządów. Większość oddanych narządów walczy o przetrwanie po śmierci. Pozbawione tlenu szybko tracą swoją funkcję. Komórki zamieniają się w kwaśne, wzdęte plamy, które wyciekają, raniąc sąsiadów. Układ odpornościowy przyspiesza, wypompowując śmiertelną miksturę hormonów i odpornościowych substancji chemicznych, które powodują nadmierną pracę mózgu i układu odpornościowego, uszkadzając większość narządów w tym procesie. Innymi słowy, gdy śmierć nadejdzie, nie ma odwrotu.

Czy jest tam

Nowe badania in Natura sugeruje, że może być. Korzystając z zewnętrznego układu krążenia, zespół naukowców częściowo ożywił organy świń kilka godzin po ich śmierci. System, nazwany OrganEx, działa jak alternatywny układ krążenia. Zamiast krwi pompuje syntetyczny substytut, aby oszukać ciało, by myślało, że wciąż trochę żyje.

Żeby było jasne, naukowcy nie stworzyli świńskich zombie. Chociaż przepis na wymianę krwi pomógł zachować część tkanki mózgowej, nie reaktywował żadnej skoordynowanej aktywności elektrycznej w neuronach. Innymi słowy, jest bardzo mało prawdopodobne, aby świnie odzyskały jakąkolwiek przytomność podczas zabiegu. Ale inne narządy ciała otrzymały potencjalny impuls do drugiego życia. Komórki w sercu, wątrobie i nerkach naprawiały się same na podstawie wielu analiz molekularnych.

Celem nie jest zbudowanie nowego Frankensteina. Raczej ma pomóc z prądem przeszczep narządu niedobory i stany zagrożenia zdrowia spowodowane zwężeniem przepływu krwi. „Osiągnięcie wskazuje na sposoby poprawy przeszczepów oraz leczenia udarów i zawałów serca” napisał Dr Robert Porte z Uniwersytetu w Groningen w Holandii, który nie był zaangażowany w badanie.

To nie pierwsza próba ożywienia martwych organów. Z powrotem w 2019, wywołały aktywność mózgu świń cztery godziny po ich śmierci, wywołując burzę na temat tego, jak zdefiniować śmierć. „Przez większość historii ludzkości śmierć była bardzo prosta… teraz musimy zakwestionować to, co jest nieodwracalne” powiedziany Dr Christof Koch, ówczesny prezes i główny naukowiec w Allen Institute of Brain Science.

„To naprawdę niezwykłe i niezwykle ważne badanie. Pokazuje, że po śmierci komórki w narządach ssaków (w tym ludzi), takie jak mózg, nie umierają przez wiele godzin.” powiedziany Dr Sam Parnia z New York University, który nie był zaangażowany w badanie.

Ponowne uruchamianie mózgu

Pierwsze kawałki śmierci nie są ładne. Kiedy komórki są pozbawione tlenu, ich wewnętrzne procesy molekularne wywracają się do góry nogami. Proces ten nazywa się niedokrwieniem, co oznacza brak krwi, która normalnie przenosi tlen. Jak dolina upraw bez wody, to zły znak: niedokrwienie serca może wywołać atak serca; do mózgu, udar.

Rozwiązanie powinno być łatwe. Dodaj więcej tlenu do komórek, tak jak wodę do upraw, i powinny one od razu ożywić.

Nie do końca. Metodą prób i błędów naukowcy zdali sobie sprawę, że pompowanie pozbawionej tlenu tkanki – powiedzmy mózgu lub serca – krwią bogatą w tlen powoduje jeszcze uraz. To tak, jakby nagle podlewać wysuszony kaktus i gnić jego korzenie.

Nadal nie jesteśmy do końca pewni, dlaczego tak się dzieje, ale naukowcy snują pomysły. Pierwszy przełom dokonany przez ten sam zespół nastąpił w 2019 roku, kiedy opracowali technikę o nazwie BrainEx aby pomóc przywrócić niektóre funkcje nerwowe w 32 świńskich głowach po 6 godzinach zubożonego tlenu. Wpompowując podgrzany płyn konserwujący do tętnic mózgowych, komórki mózgowe wykazywały normalną aktywność metaboliczną i zachowały swoją strukturę, która normalnie zapadałaby się po śmierci. Poszczególne neurony również zaiskrzyły wybuchami elektrycznymi, ale mózgi nie wykazywały żadnych oznak wyrafinowanej aktywności neuronowej ani świadomości.

Jednak wyniki wywołały pomysł dla autora badań, dr Nenada Sestana z Uniwersytetu Yale. Mózg to wyjątkowo delikatny organ, podatny na brak tlenu. Jeśli możemy go nieco zrestartować, dlaczego nie zrobić tego samego dla narządów w całym ciele?

„Jeśli możesz odzyskać jakąś funkcję w mózgu martwej świni, możesz to zrobić również w innych narządach”, on powiedziany.

Wszystko, wszędzie, wszystko na raz

Cofnijmy się.

Po śmierci serce przestaje bić. Oznacza to, że wszystkie tkanki są pozbawione tlenu i składników odżywczych, a nawet po reperfuzji krwią obumierają. Ich membrany ochronne pękają. Organy tracą integralność strukturalną.

Sposobem na utrzymanie zdrowej tkanki jest specjalny płyn zwany perfuzatem krioochronnym. Pomyśl o tym jak o niesamowicie pożywnym koktajlu, który trafia prosto do krwiobiegu. Albo biologiczne płynne złoto. Autorzy mają przepis: Hemopure, substancja chemiczna, która naśladuje białka w czerwonych krwinkach, aby pomóc przenosić tlen; chemikalia chroniące przed zakrzepami krwi; oraz bogactwo składników odżywczych chroniących komórki przed uszkodzeniem.

Ale ochrona całego ciała to znacznie większa praca niż tylko zachowanie niektórych funkcji nerwowych. W nowym badaniu autorzy wprowadzili kilka poprawek do swojego przepisu. Głównym z nich było dodanie składników, które pomagają utrzymać w ryzach układ odpornościowy. Innym było spryskiwanie elektrolitami, aby wspomóc umierające tkanki i zmiana rodzaju antybiotyków. Nazwali swoją nową technologię OrganEx.

Aby przetaczać „sztuczną krew”, zespół przygotował zautomatyzowany system, który pompuje perfuzat do krwiobiegu świń. Wszyscy zmarli z powodu zatrzymania akcji serca godzinę wcześniej i nie mieli pulsu. Zespół porównał swój system OrganEx ze złotym standardem opieki – ECMO, czyli pozaustrojową maszyną do natleniania błoną – którą szpitale stosują jako próbę „zdrową Maryjo” dla osób zmagających się z tlenem, na przykład Covid-19.

Sześć godzin później sprawdzili wyniki. ECMO nie było w stanie prawidłowo dostarczyć tlenu do wszystkich narządów. Niektóre z mniejszych naczyń krwionośnych zapadły się. Natomiast zwierzęta leczone systemem OrganEx miały niewiele problemów z elektrolitami lub kwasowością, co jest częstym problemem w przypadku rozkładających się komórek. Kopiąc głębiej, trzy typy komórek mózgowych wydawały się lepiej zachowywać w korze przedczołowej (obszar mózgu z przodu głowy ważny dla rozumowania i innych funkcji wykonawczych).

Wychodząc poza mózg, zespół następnie przetestował OrganEx na wielu organach ciała, takich jak serce, płuca, wątroba, nerkii trzustka. Wydawało się, że system ponownie uruchomił krążenie, a tlen zaczął przepływać do tkanek w ciele. Niektóre części narządów pobierały glukozę, rodzaj komórki cukrowej często używanej do metabolizmu. Wątroby świń leczonych OrganEx również wypompowywały normalne białko, w przeciwieństwie do tych poddanych ECMO. Programowanie genetyczne komórek również powróciło do życia, zwiększając ilość genów zaangażowanych w naprawę i odbudowę komórek.

„Pod mikroskopem trudno było odróżnić zdrowy narząd od takiego, który po śmierci był leczony technologią OrganEx” powiedziany autor badania dr Zvonimir Vrselja.

Jeśli nie możesz powiedzieć, czy to ma znaczenie?

Tak. Chociaż OrganEx pomaga rewitalizować narządy świń, daleko mu do przywrócenia martwego zwierzęcia do życia. Raczej ich narządy były lepiej chronione przed niskim poziomem tlenu, który występuje podczas ataków serca lub udarów.

„Można sobie wyobrazić, że system OrganEx (lub jego składniki) może zostać wykorzystany do leczenia takich osób w nagłych wypadkach” – powiedział Porte.

Technologia może również pomóc w zachowaniu narządów dawcy, ale przed nami długa droga. Dla dr Brendana Parenta, dyrektora ds. etyki i badań nad polityką transplantacyjną w NYU Grossman School of Medicine, OrganEx może wymusić przemyślenie tej dziedziny. Na przykład, czy to możliwe, że ktoś może mieć działające narządy obwodowe, ale nigdy nie odzyska przytomności? Wraz z rozwojem technologii medycznej śmierć staje się procesem, a nie chwilą.

„Sytuacja ta jest znana w społecznościach medycznych jako »most donikąd« i już stała się bardziej powszechna wraz ze wzrostem stosowania ECMO w ECPR [pozaustrojowej resuscytacji krążeniowo-oddechowej]” napisał Rodzic.

Na razie badanie sugeruje, że tkanki i narządy mają zaskakującą zdolność regeneracji po pozbawieniu krwi. „Ogólnie rzecz biorąc, dalsza optymalizacja i ekspansja naszej technologii będą potrzebne, aby w pełni zrozumieć jej szerszy wpływ na tkanki niedokrwione i regenerację” – powiedzieli autorzy.

Źródło: David Andrijevic, Zvonimir Vrselja, Taras Lysyy, Shupei Zhang; Laboratorium Sestanu; Szkoła Medyczna Yale. OrganEx przywraca funkcje tkanek godzinę po śmierci; nerki odzyskują swoją strukturę.