Як вчені відновили органи у свиней через годину після їх смерті

Кисень – еліксир життя. Зупиніть його потік — під час інсульту, серцевого нападу чи смерті — і тканини організму відреагують біологічним штормом, який зрештою призведе до їх смерті.

Це погано підходить для трансплантації органів. Більшість донорських органів намагаються вижити після смерті. Через брак кисню вони швидко втрачають свою функцію. Клітини перетворюються на кислі, роздуті краплі, які просочуються, пошкоджуючи своїх сусідів. Імунна система посилюється, викидаючи смертоносну суміш гормонів і імунних хімічних речовин, які посилають мозок і імунну систему в гіпердвигун, пошкоджуючи більшість органів у процесі. Іншими словами, як тільки настає смерть, дороги назад немає.

Або є?

Нове дослідження in природа припускає, що може бути. Використовуючи систему зовнішнього кровообігу, команда вчених частково відродила органи у свиней через години після їх смерті. Система, яка отримала назву OrganEx, працює як альтернативна система кровообігу. Замість крові він качає синтетичний замінник, щоб змусити тіло подумати, що воно все ще живе.

Щоб було зрозуміло, вчені не створювали свиней-зомбі. Хоча рецепт заміни крові допоміг зберегти частину мозкової тканини, він не активував жодної координованої електричної активності в нейронах. Іншими словами, вкрай малоймовірно, що свині прийшли до тями під час процедури. Але інші органи отримали потенціал для другого життя. Клітини в серці, печінці та нирках відновлювалися на основі кількох молекулярних аналізів.

Мета полягає не в тому, щоб побудувати Франкенштейна нового віку. Швидше, щоб допомогти з течією трансплантація органів нестача та надзвичайні ситуації зі здоров’ям, спричинені обмеженим кровотоком. «Це досягнення вказує на шляхи покращення трансплантації та лікування інсультів та інфарктів», пише Доктор Роберт Порте з університету Гронінгена в Нідерландах, який не брав участі в дослідженні.

Це не перша спроба команди оживити мертві органи. Назад в 2019, вони викликали мозкову активність у свиней через чотири години після їх смерті, викликавши бурю щодо того, як визначити смерть. «Протягом більшої частини людської історії смерть була дуже простою… тепер ми повинні поставити під сумнів те, що є незворотним», сказав Доктор Крістоф Кох, президент і головний науковий співробітник Інституту науки про мозок Аллена в той час.

«Це справді видатне та неймовірно значуще дослідження. Це демонструє, що після смерті клітини в органах ссавців (включаючи людей), таких як мозок, не вмирають протягом багатьох годин», сказав Доктор Сем Парніа з Нью-Йоркського університету, який не брав участі в дослідженні.

Перезавантаження мозку

Перші моменти смерті не приємні. Коли клітинам не вистачає кисню, їхні внутрішні молекулярні процеси йдуть вгору. Процес називається ішемією, що означає брак крові, яка зазвичай переносить кисень. Як долина без води, це поганий знак: ішемія серця може спровокувати серцевий напад; до мозку, інсульт.

Рішення повинно бути легким. Додайте більше кисню до клітин, як воду до сільськогосподарських культур, і вони повинні оживитися.

Не зовсім. Шляхом проб і помилок вчені зрозуміли, що перекачування тканини, яка страждає від браку кисню, скажімо, мозку чи серця, збагаченої киснем крові викликає більше травма. Це як раптово перелити засохлий кактус і загнити його коріння.

Ми досі не зовсім впевнені, чому це відбувається, але вчені вигадують ідеї. Перший прорив цієї ж команди стався у 2019 році, коли вони розробили техніку під назвою «Мозок».Ex щоб допомогти відновити деякі нервові функції у 32 головах свиней після 6 годин виснаження кисню. Закачуючи підігріту консервуючу рідину в артерії мозку, клітини мозку демонстрували нормальну метаболічну активність і зберігали свою структуру, яка зазвичай руйнувалася б після смерті. Окремі нейрони також спалахували електричними сплесками, але мозок не виявляв жодних ознак складної нейронної активності чи усвідомлення.

Проте результати породили ідею для автора дослідження доктора Ненада Сестана з Єльського університету. Головний мозок – надзвичайно тонкий орган, який відчуває нестачу кисню. Якщо ми можемо дещо перезавантажити його, чому б не зробити те саме для органів у всьому тілі?

«Якщо ви можете відновити певну функцію мозку мертвої свині, ви можете зробити це й в інших органах», — сказав він. сказав.

Усе, всюди, все одразу

Давайте повернемося назад.

Після смерті серце перестає працювати. Це означає, що всі тканини відчувають нестачу кисню та поживних речовин, і навіть після реперфузії кров’ю вони відмирають. Їх захисні мембрани руйнуються. Органи втрачають свою структурну цілісність.

Фокус для підтримки тканин здоровими полягає в спеціальній рідині під назвою кріопротекторний перфузат. Подумайте про це як про неймовірно поживний смузі, який потрапляє прямо у вашу циркуляцію крові. Або біологічне рідке золото. У авторів є рецепт: Hemopure, хімічна речовина, яка імітує білки в еритроцитах, щоб допомогти переносити кисень; хімічні засоби для захисту від утворення тромбів; і велика кількість поживних речовин для захисту клітин від пошкоджень.

Але захист усього тіла — це набагато більша робота, ніж просто збереження деяких нервових функцій. У новому дослідженні автори внесли кілька змін у свій рецепт. Основним з них було додавання компонентів, які допомагають тримати імунну систему під контролем. Іншим було додавання електролітів, щоб допомогти тканинам, що відмирають, і зміна типу антибіотиків. Свою нову технологію вони назвали OrganEx.

Для переливання «штучної крові» команда створила автоматизовану систему, яка закачує перфузат у кровотік свиней. Усі вони померли від зупинки серця годиною тому і не мали пульсу. Команда порівняла свою систему OrganEx із золотим стандартом медичної допомоги — ECMO, або екстракорпоральною мембранною оксигенаційною машиною, — яку лікарні використовують як спробу здоров’я для людей, які борються з киснем, наприклад, Covid-19.

Через шість годин перевірили результати. ECMO не міг належним чином забезпечити кисень до всіх органів. Деякі дрібніші кровоносні судини зруйнувалися. Навпаки, тварини, які отримували систему OrganEx, мали невеликі проблеми з електролітами або кислотністю, які є типовими проблемами з гниючими клітинами. Якщо копати глибше, то здається, що три типи клітин мозку краще зберігаються в префронтальній корі (ділянка головного мозку в передній частині голови, важлива для міркування та інших виконавчих функцій).

Виходячи за межі мозку, команда потім протестувала OrganEx на низці органів тіла, таких як серце, легені, печінка, нирки, і підшлункова залоза. Здавалося, система відновила кровообіг, і кисень надходив до тканин тіла. Деякі частини органів поглинали глюкозу, тип цукрових клітин, які часто використовуються для метаболізму. Печінка свиней, які отримували OrganEx, також виділяла нормальний білок, на відміну від тих, що отримували ЕКМО. Генетичне програмування клітин також повернулося до життя, активізуючи гени, задіяні в клітинному ремонті та відновленні.

«Під мікроскопом було важко відрізнити здоровий орган від того, який був оброблений за допомогою технології OrganEx після смерті», сказав автор дослідження доктор Звонімір Врселья.

Якщо ви не можете сказати, чи це має значення?

Так. Незважаючи на те, що OrganEx допомагає оживити органи свиней, це далеко не померлу тварину, яку можна повернути до життя. Швидше, їхні органи були краще захищені від низького рівня кисню, який виникає під час інфаркту чи інсульту.

«Можна уявити, що система OrganEx (або її компоненти) може бути використана для лікування таких людей у ​​надзвичайних ситуаціях», — сказав Порте.

Технологія також може допомогти зберегти донорські органи, але попереду ще довгий шлях. Для доктора Брендана Парента, директора відділу етики трансплантації та дослідження політики в Школі медицини імені Гроссмана Нью-Йоркського університету, OrganEx може змусити переглянути цю сферу. Наприклад, чи можливо, що у когось працюють периферичні органи, але він ніколи не приходить до тями? З розвитком медичних технологій смерть стає процесом, а не моментом.

«Ця ситуація відома в медичних спільнотах як «міст у нікуди», і вона вже стала більш поширеною із збільшенням використання ECMO в ECPR [екстракорпоральній серцево-легеневій реанімації]», пише Батько.

На даний момент дослідження показує, що тканини та органи мають дивовижну здатність до регенерації після того, як вони були позбавлені крові. «Загалом, буде необхідна подальша оптимізація та розширення нашої технології, щоб повністю зрозуміти її ширший вплив на ішемізовані тканини та відновлення», — сказали автори.

Авторство зображення: Девід Андрієвич, Звонімір Врселя, Тарас Лисий, Шупей Чжан; лабораторія Сестан; Єльська школа медицини. OrganEx відновлює функції тканин через годину після смерті; нирки відновлюють свою структуру.