นักวิทยาศาสตร์ฟื้นอวัยวะในสุกรในหนึ่งชั่วโมงหลังจากที่พวกมันตายได้อย่างไร

ออกซิเจนเป็นยาอายุวัฒนะของชีวิต หยุดการไหลเวียนของมัน—ระหว่างโรคหลอดเลือดสมอง หัวใจวาย หรือความตาย—และเนื้อเยื่อของร่างกายตอบสนองในพายุชีวภาพที่นำไปสู่ความตายในที่สุด

ไม่ดีสำหรับการปลูกถ่ายอวัยวะ อวัยวะที่บริจาคส่วนใหญ่ต่อสู้เพื่อเอาชีวิตรอดเกินกว่าความตาย ขาดออกซิเจน พวกเขาสูญเสียการทำงานอย่างรวดเร็ว เซลล์กลายเป็นกรดป่องที่รั่วไหล ทำร้ายเพื่อนบ้าน ระบบภูมิคุ้มกันเพิ่มขึ้น สูบฉีดฮอร์โมนและสารเคมีภูมิคุ้มกันที่อันตรายถึงชีวิต ซึ่งส่งสมองและระบบภูมิคุ้มกันไปสู่ไฮเปอร์ไดรฟ์ ทำลายอวัยวะส่วนใหญ่ในกระบวนการนี้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง เมื่อความตายมาเยือน จะไม่มีวันหวนกลับ

หรือว่ามี

การศึกษาใหม่ in ธรรมชาติ แสดงว่าน่าจะมี ทีมนักวิทยาศาสตร์ใช้ระบบหมุนเวียนเลือดภายนอกเพื่อฟื้นฟูอวัยวะบางส่วนในสุกรหลังการตายของพวกมัน ระบบนี้มีชื่อว่า OrganEx ทำงานเหมือนกับระบบหมุนเวียนโลหิตทางเลือก แทนที่จะเป็นเลือด มันสูบฉีดสารสังเคราะห์เพื่อหลอกให้ร่างกายคิดว่ามันยังมีชีวิตอยู่บ้าง

เพื่อความชัดเจน นักวิทยาศาสตร์ไม่ได้สร้างซอมบี้หมู แม้ว่าสูตรการทดแทนเลือดจะช่วยรักษาเนื้อเยื่อสมองบางส่วน แต่ก็ไม่ได้กระตุ้นกิจกรรมทางไฟฟ้าที่ประสานกันในเซลล์ประสาท กล่าวอีกนัยหนึ่ง ไม่น่าเป็นไปได้อย่างยิ่งที่หมูจะฟื้นคืนสติในระหว่างขั้นตอน แต่อวัยวะอื่น ๆ ของร่างกายได้รับการส่งเสริมสำหรับชีวิตที่สอง เซลล์ในหัวใจ ตับ และไตซ่อมแซมตัวเองโดยอาศัยการวิเคราะห์ระดับโมเลกุลหลายแบบ

เป้าหมายไม่ใช่การสร้างแฟรงเกนสไตน์ยุคใหม่ แต่เป็นการช่วยด้วยกระแส การปลูกถ่ายอวัยวะ ปัญหาการขาดแคลนและภาวะฉุกเฉินด้านสุขภาพที่เกิดจากการไหลเวียนของเลือดตีบ "ความสำเร็จชี้ให้เห็นถึงวิธีการปรับปรุงการปลูกถ่ายและการรักษาโรคหลอดเลือดสมองและหัวใจวาย" เขียน Dr. Robert Porte จากมหาวิทยาลัย Groningen ในประเทศเนเธอร์แลนด์ ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษาวิจัยนี้

ไม่ใช่การจู่โจมครั้งแรกของทีมเพื่อฟื้นฟูอวัยวะที่ตายแล้ว ย้อนกลับไปใน 2019พวกมันกระตุ้นการทำงานของสมองในหมูสี่ชั่วโมงหลังจากที่พวกมันตาย ทำให้เกิดไฟลุกไหม้เกี่ยวกับวิธีการกำหนดความตาย “สำหรับประวัติศาสตร์ของมนุษย์ส่วนใหญ่ ความตายนั้นเรียบง่ายมาก…ตอนนี้ เราต้องตั้งคำถามว่าอะไรที่ย้อนกลับไม่ได้” กล่าวว่า Dr. Christof Koch ประธานและหัวหน้านักวิทยาศาสตร์ของ Allen Institute of Brain Science ในขณะนั้น

“นี่เป็นการศึกษาที่น่าทึ่งและมีความสำคัญอย่างยิ่ง แสดงให้เห็นว่าหลังความตาย เซลล์ในอวัยวะของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม (รวมทั้งมนุษย์) เช่น สมอง จะไม่ตายเป็นเวลาหลายชั่วโมง” กล่าวว่า Dr. Sam Parnia จากมหาวิทยาลัยนิวยอร์ก ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการศึกษาวิจัยนี้

รีบูตสมอง

ความตายช่วงแรกไม่สวยงาม เมื่อเซลล์ขาดออกซิเจน กระบวนการระดับโมเลกุลภายในของพวกมันจะพลิกกลับด้าน กระบวนการนี้เรียกว่า ischemia ซึ่งหมายถึงการขาดเลือดที่ปกติจะมีออกซิเจน เช่นเดียวกับหุบเขาพืชผลที่ไม่มีน้ำ เป็นสัญญาณที่ไม่ดี: ภาวะหัวใจขาดเลือดอาจทำให้หัวใจวายได้ ไปที่สมองจังหวะ

การแก้ปัญหาควรจะง่าย เพิ่มออกซิเจนให้กับเซลล์ เช่น น้ำให้กับพืชผล และพวกมันควรจะเพิ่มขึ้นทันที

ไม่ค่อย. ด้วยการลองผิดลองถูก นักวิทยาศาสตร์ตระหนักว่าการสูบฉีดเนื้อเยื่อที่ขาดออกซิเจน เช่น สมองหรือหัวใจ ด้วยเลือดที่อุดมด้วยออกซิเจน ข้อมูลเพิ่มเติม บาดเจ็บ. มันเหมือนกับการรดน้ำแคคตัสที่แห้งและรากเน่าในทันใด

เรายังไม่ค่อยแน่ใจว่าเหตุใดจึงเกิดเหตุการณ์นี้ขึ้น แต่นักวิทยาศาสตร์ได้เตรียมแนวคิดต่างๆ ความก้าวหน้าครั้งแรกจากทีมเดียวกันมาในปี 2019 เมื่อพวกเขาพัฒนาเทคนิคที่เรียกว่า BrainEx เพื่อช่วยฟื้นฟูการทำงานของระบบประสาทในหัวสุกร 32 ตัว หลังจากออกซิเจนหมดไป 6 ชั่วโมง โดยการสูบของเหลวสารกันบูดที่อุ่นขึ้นเข้าไปในหลอดเลือดแดงของสมอง เซลล์สมองแสดงกิจกรรมการเผาผลาญตามปกติและคงโครงสร้างของมันไว้ ซึ่งโดยปกติแล้วจะพังทลายลงในความตาย เซลล์ประสาทส่วนบุคคลยังจุดประกายด้วยไฟฟ้าระเบิด แต่สมองไม่แสดงสัญญาณของกิจกรรมหรือการรับรู้ของระบบประสาทที่ซับซ้อน

ทว่าผลลัพธ์ที่ได้จุดประกายความคิดสำหรับผู้เขียนการศึกษา Dr. Nenad Sestan ที่มหาวิทยาลัยเยล สมองเป็นอวัยวะที่บอบบางเป็นพิเศษซึ่งไวต่อการขาดออกซิเจน หากเราสามารถรีบูตได้ ทำไมไม่ทำเช่นเดียวกันกับอวัยวะทั่วร่างกาย?

“ถ้าคุณสามารถฟื้นการทำงานบางอย่างในสมองหมูที่ตายแล้ว คุณก็สามารถทำได้ในอวัยวะอื่นด้วย” เขา กล่าวว่า.

ทุกอย่าง ทุกที่ ทุกเวลา

มาย้อนรอยกัน

เมื่อตายหัวใจหยุดสูบฉีด ซึ่งหมายความว่าเนื้อเยื่อทั้งหมดขาดออกซิเจนและสารอาหาร และแม้หลังจากการให้เลือดกลับคืนสภาพก็จะเหี่ยวแห้งไป เยื่อหุ้มป้องกันพังทลายลง อวัยวะสูญเสียความสมบูรณ์ของโครงสร้าง

เคล็ดลับในการรักษาเนื้อเยื่อให้แข็งแรงคือของเหลวชนิดพิเศษที่เรียกว่า cryoprotective perfusate คิดว่ามันเป็นสมูทตี้ที่มีคุณค่าทางโภชนาการอย่างไม่น่าเชื่อที่จะเข้าสู่การไหลเวียนโลหิตของคุณโดยตรง หรือทองคำเหลวชีวภาพ ผู้เขียนมีสูตร: Hemopure สารเคมีที่เลียนแบบโปรตีนในเซลล์เม็ดเลือดแดงเพื่อช่วยลำเลียงออกซิเจน สารเคมีเพื่อป้องกันลิ่มเลือด และสารอาหารมากมายเพื่อปกป้องเซลล์จากการถูกทำลาย

แต่การปกป้องร่างกายทั้งหมดเป็นงานที่ใหญ่กว่าการรักษาการทำงานของระบบประสาทไว้บ้าง ในการศึกษาครั้งใหม่นี้ ผู้เขียนได้ปรับเปลี่ยนสูตรของพวกเขาเล็กน้อย สิ่งสำคัญคือการเพิ่มส่วนประกอบที่ช่วยรักษาระบบภูมิคุ้มกัน อีกวิธีหนึ่งคือการโรยอิเล็กโทรไลต์เพื่อช่วยให้เนื้อเยื่อที่กำลังจะตาย และเปลี่ยนชนิดของยาปฏิชีวนะ พวกเขาขนานนามเทคโนโลยีใหม่ว่า OrganEx

ในการถ่าย "เลือดเทียม" ทีมงานได้ติดตั้งระบบอัตโนมัติที่ปั๊ม perfusate เข้าไปในกระแสเลือดของสุกร พวกเขาทั้งหมดเสียชีวิตจากภาวะหัวใจหยุดเต้นเมื่อหนึ่งชั่วโมงก่อนหน้านี้และไม่มีชีพจร ทีมงานใช้ระบบ OrganEx ของตนเทียบกับมาตรฐานการดูแลระดับทอง นั่นคือ ECMO หรือเครื่องสร้างออกซิเจนแบบเยื่อหุ้มเซลล์นอกร่างกาย ซึ่งโรงพยาบาลใช้เป็นเครื่องช่วยหายใจสำหรับผู้ที่มีปัญหาเรื่องออกซิเจน เช่น โควิด-19

หกชั่วโมงต่อมา พวกเขาตรวจสอบผลลัพธ์ ECMO ไม่สามารถให้ออกซิเจนไปยังอวัยวะทั้งหมดได้อย่างถูกต้อง หลอดเลือดขนาดเล็กบางเส้นได้ยุบตัวลง ในทางตรงกันข้าม สัตว์ที่ได้รับการบำบัดด้วยระบบ OrganEx มีปัญหาเล็กน้อยเกี่ยวกับอิเล็กโทรไลต์หรือความเป็นกรด ซึ่งเป็นปัญหาทั่วไปเกี่ยวกับเซลล์ที่เน่าเปื่อย การขุดลึกลงไป เซลล์สมองสามประเภทดูเหมือนจะรักษาไว้ได้ดีกว่าในเยื่อหุ้มสมองส่วนหน้า (บริเวณสมองที่อยู่ด้านหน้าศีรษะของคุณมีความสำคัญต่อการใช้เหตุผลและหน้าที่อื่นๆ ของผู้บริหาร)

ทีมต่อไปได้ทดสอบ OrganEx เกี่ยวกับอวัยวะทั้งหมดของร่างกาย เช่น หัวใจ ปอด ตับ ไตและตับอ่อน ระบบดูเหมือนจะกระตุ้นการไหลเวียนกลับเข้าเกียร์ด้วยออกซิเจนที่ไหลไปยังเนื้อเยื่อในร่างกาย อวัยวะบางส่วนรับกลูโคส ซึ่งเป็นเซลล์น้ำตาลชนิดหนึ่งที่มักใช้ในการเผาผลาญ ตับของสุกรที่ได้รับการบำบัดด้วย OrganEx ยังสูบฉีดโปรตีนปกติออกไป ซึ่งแตกต่างจากที่อยู่ภายใต้ ECMO โปรแกรมทางพันธุกรรมของเซลล์ก็กลับมามีชีวิตอีกครั้ง โดยเพิ่มยีนที่เกี่ยวข้องกับการซ่อมแซมและฟื้นฟูเซลล์

“ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ เป็นการยากที่จะบอกความแตกต่างระหว่างอวัยวะที่มีสุขภาพดีกับอวัยวะที่รักษาด้วยเทคโนโลยี OrganEx หลังความตาย” กล่าวว่า ผู้เขียนศึกษา Dr. Zvonimir Vrselja

ถ้าคุณบอกไม่ได้ มันสำคัญไหม

ใช่. แม้ว่า OrganEx จะช่วยฟื้นฟูอวัยวะของสุกร แต่ก็ยังห่างไกลจากสัตว์ที่ตายไปแล้วที่จะฟื้นคืนชีพ แต่อวัยวะของพวกมันได้รับการปกป้องที่ดีกว่าจากระดับออกซิเจนต่ำ ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างอาการหัวใจวายหรือโรคหลอดเลือดสมอง

“ใครๆ ก็นึกภาพออกว่าระบบ OrganEx (หรือส่วนประกอบของระบบ) อาจถูกใช้เพื่อรักษาคนเหล่านี้ในกรณีฉุกเฉิน” Porte กล่าว

เทคโนโลยีนี้ยังสามารถช่วยรักษาอวัยวะของผู้บริจาคได้ แต่ยังมีหนทางอีกยาวไกล สำหรับ Dr. Brendan Parent ผู้อำนวยการฝ่ายจริยธรรมการปลูกถ่ายและการวิจัยเชิงนโยบายที่ NYU Grossman School of Medicine OrganEx อาจบังคับให้ต้องคิดใหม่ในสาขานี้ ตัวอย่างเช่น เป็นไปได้ไหมที่บางคนจะมีอวัยวะส่วนปลายที่ทำงานได้แต่ไม่ฟื้นคืนสติ? เมื่อเทคโนโลยีทางการแพทย์พัฒนาขึ้น ความตายก็กลายเป็นกระบวนการ ไม่ใช่ครู่เดียว

“สถานการณ์นี้เป็นที่รู้จักในวงการแพทย์ว่าเป็น 'สะพานเชื่อมไปสู่ที่ใด' และกลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้นด้วยการใช้ ECMO ที่เพิ่มขึ้นใน ECPR [การช่วยฟื้นคืนชีพนอกร่างกาย]” เขียน พ่อแม่.

สำหรับตอนนี้ การศึกษาชี้ให้เห็นว่าเนื้อเยื่อและอวัยวะมีความสามารถในการสร้างใหม่อย่างน่าประหลาดใจหลังจากที่ขาดเลือด "โดยรวมแล้ว จำเป็นต้องมีการเพิ่มประสิทธิภาพและการขยายเทคโนโลยีของเราเพิ่มเติมเพื่อให้เข้าใจถึงผลกระทบในวงกว้างต่อเนื้อเยื่อขาดเลือดและการฟื้นตัว" ผู้เขียนกล่าว

เครดิตภาพ: David Andrijevic, Zvonimir Vrselja, Taras Lysyy, Shupei Zhang; ห้องปฏิบัติการ Sestan; โรงเรียนแพทย์เยล OrganEx ฟื้นฟูการทำงานของเนื้อเยื่อหนึ่งชั่วโมงหลังความตาย ไตฟื้นโครงสร้างของพวกเขา