Cách các nhà khoa học hồi sinh các cơ quan ở lợn trong một giờ sau khi chúng chết

Oxy là thần dược của sự sống. Ngừng dòng chảy của nó — trong một cơn đột quỵ, đau tim hoặc tử vong — và các mô của cơ thể phản ứng trong một cơn bão sinh học cuối cùng dẫn đến cái chết của chúng.

Nó không tốt cho việc cấy ghép nội tạng. Hầu hết các cơ quan được hiến tặng đều đấu tranh để tồn tại bên ngoài cái chết. Thiếu oxy, chúng nhanh chóng mất chức năng. Các tế bào biến thành các đốm màu phồng lên, có tính axit và rò rỉ, gây thương tích cho những người hàng xóm của họ. Hệ thống miễn dịch hoạt động mạnh, bơm ra một hỗn hợp các hormone và hóa chất miễn dịch chết người, đưa não và hệ thống miễn dịch vào trạng thái tăng tốc, làm hỏng hầu hết các cơ quan trong quá trình này. Nói cách khác, một khi cái chết bắt đầu, không có đường quay trở lại.

Hay là có?

Một nghiên cứu mới in Thiên nhiên cho thấy có thể có. Sử dụng hệ thống tuần hoàn bên ngoài, một nhóm các nhà khoa học đã hồi sinh một phần nội tạng ở lợn vài giờ sau khi chúng chết. Hệ thống này có tên là OrganEx, hoạt động giống như một hệ thống tuần hoàn thay thế. Thay vì máu, nó bơm một chất thay thế tổng hợp để đánh lừa cơ thể nghĩ rằng nó vẫn còn sống.

Để rõ ràng, các nhà khoa học không tạo ra thây ma lợn. Mặc dù công thức thay thế máu đã giúp bảo tồn một số mô não, nhưng nó không kích hoạt lại bất kỳ hoạt động điện phối hợp nào trong tế bào thần kinh. Nói cách khác, rất khó có khả năng những con lợn tỉnh lại trong quá trình làm thủ thuật. Nhưng các cơ quan khác của cơ thể đã nhận được sự thúc đẩy tiềm năng cho sự sống thứ hai. Các tế bào ở tim, gan và thận tự sửa chữa dựa trên nhiều phân tích phân tử.

Mục tiêu không phải là xây dựng một Frankenstein thời đại mới. Thay vào đó, nó để giúp đỡ với hiện tại cấy ghép nội tạng thiếu hụt và các trường hợp khẩn cấp về sức khỏe do dòng máu bị hạn chế. “Thành tựu chỉ ra những cách cải thiện việc cấy ghép và điều trị đột quỵ và đau tim,” đã viết Tiến sĩ Robert Porte tại Đại học Groningen ở Hà Lan, người không tham gia vào nghiên cứu.

Đây không phải là bước đột phá đầu tiên của nhóm nghiên cứu trong việc hồi sinh các cơ quan nội tạng đã chết. Trở lại trong 2019, họ đã kích hoạt hoạt động của não ở lợn bốn giờ sau khi chúng qua đời, gây ra một cơn bão lửa về cách xác định cái chết. "Đối với hầu hết lịch sử loài người, cái chết rất đơn giản ... bây giờ, chúng ta phải đặt câu hỏi về điều gì là không thể đảo ngược," nói Tiến sĩ Christof Koch, chủ tịch kiêm nhà khoa học chính tại Viện Khoa học Não Allen vào thời điểm đó.

“Đây là một nghiên cứu thực sự đáng chú ý và vô cùng quan trọng. Nó chứng tỏ rằng sau khi chết, các tế bào trong các cơ quan của động vật có vú (bao gồm cả con người) như não không chết trong nhiều giờ ”. nói Tiến sĩ Sam Parnia tại Đại học New York, người không tham gia vào nghiên cứu.

Khởi động lại bộ não

Những khoảnh khắc đầu tiên của cái chết không đẹp. Khi các tế bào bị thiếu oxy, các quá trình phân tử bên trong của chúng sẽ chuyển sang trạng thái rối loạn. Quá trình này được gọi là thiếu máu cục bộ, có nghĩa là thiếu máu thường vận chuyển oxy. Giống như một thung lũng cây trồng không có nước, đó là một dấu hiệu xấu: thiếu máu cục bộ đến tim có thể gây ra cơn đau tim; lên não, đột quỵ.

Giải pháp phải dễ dàng. Bổ sung nhiều oxy hơn cho các tế bào, như nước tưới cho cây trồng, và chúng sẽ phát triển tốt.

Không hẳn. Với thử nghiệm và sai lầm, các nhà khoa học nhận ra rằng việc bơm mô bị thiếu oxy - ví dụ như não hoặc tim - với máu giàu oxy gây ra chi tiết vết thương. Nó giống như việc đột ngột tưới đè lên một cây xương rồng khô héo và rễ thối rữa.

Chúng tôi vẫn chưa rõ tại sao điều này lại xảy ra, nhưng các nhà khoa học đã và đang lên ý tưởng. Bước đột phá đầu tiên từ cùng một nhóm đến vào năm 2019, khi họ phát triển một kỹ thuật có tên là BrainEx giúp phục hồi một số chức năng thần kinh ở 32 đầu heo sau 6 giờ thiếu oxy. Bơm một chất lỏng bảo quản đã được làm ấm vào động mạch não, các tế bào não cho thấy các hoạt động trao đổi chất bình thường và giữ cấu trúc của chúng — thường sẽ sụp đổ khi chết. Các tế bào thần kinh riêng lẻ cũng phát ra các vụ nổ điện, nhưng bộ não không cho thấy bất kỳ dấu hiệu nào của hoạt động thần kinh tinh vi hoặc nhận thức.

Tuy nhiên, kết quả đã khơi dậy một ý tưởng cho tác giả nghiên cứu, Tiến sĩ Nenad Sestan tại Đại học Yale. Não là một cơ quan đặc biệt mỏng manh dễ bị thiếu oxy. Nếu chúng ta có thể phần nào khởi động lại nó, tại sao không làm điều tương tự cho các cơ quan trên khắp cơ thể?

Ông nói.

Mọi thứ, mọi nơi, mọi lúc

Hãy quay lại.

Khi chết, tim ngừng bơm. Điều này có nghĩa là tất cả các mô đều bị thiếu oxy và chất dinh dưỡng, và thậm chí sau khi được tái tưới máu, chúng sẽ khô héo. Màng bảo vệ của chúng bị phá vỡ. Các cơ quan mất tính toàn vẹn về cấu trúc.

Mẹo để giữ cho mô khỏe mạnh là một chất lỏng đặc biệt được gọi là nước hoa bảo vệ lạnh. Hãy coi nó như một ly sinh tố vô cùng bổ dưỡng đi thẳng vào hệ tuần hoàn máu của bạn. Hoặc vàng lỏng sinh học. Các tác giả đưa ra công thức: Hemopure, một chất hóa học bắt chước protein trong tế bào hồng cầu để giúp vận chuyển oxy; hóa chất để bảo vệ chống lại cục máu đông; và vô số chất dinh dưỡng để bảo vệ tế bào khỏi bị hư hại.

Nhưng bảo vệ toàn bộ cơ thể là một công việc lớn hơn nhiều so với việc chỉ bảo vệ một số chức năng thần kinh. Trong nghiên cứu mới, các tác giả đã thực hiện một vài chỉnh sửa đối với công thức của họ. Một trong những chính là bổ sung các thành phần giúp giữ cho hệ thống miễn dịch được kiểm soát. Một phương pháp khác là rắc chất điện giải để giúp các mô đang chết và thay đổi loại kháng sinh. Họ đặt tên cho công nghệ mới của họ là OrganEx.

Để truyền “máu nhân tạo”, nhóm nghiên cứu đã thiết lập một hệ thống tự động bơm chất tưới vào máu của lợn. Tất cả họ đều đã chết vì ngừng tim một giờ trước đó và không có mạch. Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm hệ thống OrganEx của họ dựa trên tiêu chuẩn vàng về chăm sóc — ECMO, hoặc máy oxy hóa màng ngoài cơ thể — mà các bệnh viện sử dụng như một nỗ lực của Mary cho những người đang vật lộn với oxy, chẳng hạn như Covid-19.

Sáu giờ sau, họ kiểm tra kết quả. ECMO không thể cung cấp oxy cho tất cả các cơ quan một cách chính xác. Một số mạch máu nhỏ hơn đã bị sụp đổ. Ngược lại, những con vật được điều trị bằng hệ thống OrganEx ít gặp vấn đề với chất điện giải hoặc độ axit, đây là những vấn đề phổ biến với các tế bào đang phân hủy. Tìm hiểu sâu hơn, ba loại tế bào não dường như bảo tồn tốt hơn trong vỏ não trước trán (một vùng não ở phía trước đầu của bạn quan trọng đối với lý luận và các chức năng điều hành khác).

Ngoài não bộ, nhóm tiếp theo đã thử nghiệm OrganEx trên toàn bộ các cơ quan trong cơ thể, chẳng hạn như tim, phổi, gan, thận, và tuyến tụy. Hệ thống này dường như khởi động sự tuần hoàn trở lại thiết bị, với oxy chảy đến các mô trong cơ thể. Một số bộ phận của các cơ quan đã lấy glucose, một loại tế bào đường thường được sử dụng để trao đổi chất. Gan của những con lợn được điều trị bằng OrganEx cũng bơm ra một loại protein bình thường, không giống như gan của những con lợn được điều trị bằng ECMO. Chương trình di truyền của tế bào cũng hoạt động trở lại, tăng cường các gen liên quan đến việc sửa chữa và phục hồi tế bào.

“Dưới kính hiển vi, rất khó để phân biệt giữa một cơ quan khỏe mạnh và một cơ quan đã được điều trị bằng công nghệ OrganEx sau khi chết”. nói tác giả nghiên cứu, Tiến sĩ Zvonimir Vrselja.

Nếu bạn không thể nói, nó có quan trọng không?

Có, nó có. Mặc dù OrganEx giúp hồi sinh các cơ quan nội tạng của lợn, nhưng vẫn còn lâu mới có một động vật đã chết được sống lại. Thay vào đó, các cơ quan của họ được bảo vệ tốt hơn khỏi mức oxy thấp, xảy ra trong các cơn đau tim hoặc đột quỵ.

Porte nói: “Người ta có thể tưởng tượng rằng hệ thống OrganEx (hoặc các thành phần của nó) có thể được sử dụng để điều trị những người như vậy trong trường hợp khẩn cấp.

Công nghệ này cũng có thể giúp bảo tồn các cơ quan hiến tặng, nhưng còn một chặng đường dài phía trước. Đối với Tiến sĩ Brendan Parent, giám đốc nghiên cứu chính sách và đạo đức cấy ghép tại Trường Y khoa NYU Grossman, OrganEx có thể buộc phải suy nghĩ lại về lĩnh vực này. Ví dụ, có khả năng một người nào đó có thể có các cơ quan ngoại vi hoạt động nhưng không bao giờ tỉnh lại không? Khi công nghệ y tế phát triển, cái chết trở thành một quá trình chứ không phải một khoảnh khắc.

“Tình trạng này được các cộng đồng y tế gọi là 'cây cầu dẫn đến hư không', và đã trở nên phổ biến hơn với việc tăng cường sử dụng ECMO trong ECPR [hồi sức tim phổi ngoài cơ thể]," đã viết Cha mẹ.

Hiện tại, nghiên cứu cho thấy các mô và cơ quan có khả năng tái tạo đáng ngạc nhiên sau khi bị thiếu máu. Các tác giả cho biết: “Nhìn chung, cần phải tối ưu hóa và mở rộng hơn nữa công nghệ của chúng tôi để hiểu đầy đủ về các tác động rộng lớn hơn của nó đối với các mô và sự phục hồi thiếu máu cục bộ.

Tín dụng hình ảnh: David Andrijevic, Zvonimir Vrselja, Taras Lysyy, Shupei Zhang; Phòng thí nghiệm Sestan; Trường Y Yale. OrganEx phục hồi các chức năng mô một giờ sau khi chết; thận lấy lại cấu trúc của chúng.