“複活”豬腦後又突破?豬死亡後1小時重要器官功能可被恢復

2022年08月03日23:26

  李曉韋

  ·什麼是死亡?2019年,這種叫BrainEx的系統,讓豬在死亡4小時後,大腦成功“複活”,並維持了6小時。3年後,升級版的系統試圖“複活”豬全身的重要器官。該方法或有望增加移植器官的可用性。

  幾十年來,科學家一直在尋找保護細胞和器官免受中風、心臟病發作或呼吸停止後可能發生的氧氣剝奪。2019年,耶魯大學的內納德·賽斯坦(Nenad Sestan)等人曾用再灌注手段成功地讓豬腦“複活”了6小時。

  8月3日深夜,賽斯坦等人在《自然》雜誌上撰文描述了一種名為OrganEx的系統,該系統使氧氣能夠在豬的全身進行再循環,從而在心臟驟停一小時後,能成功保存細胞和器官的功能和活性。

  值得一提的是,因OrganEx技術扭轉了細胞和器官長時間缺血的有害影響,器官移植領域的一大難題——移植器官的保存,從而也可能會從中受益。器官移植會有新的突破嗎?OrganEx能否擺脫倫理的枷鎖真正造福人類?

  2019年,一群耶魯大學的科學家曾用一種名為BrainEx的技術打破了世界對“死亡”的認知。

  這種叫BrainEx的系統,讓豬在死亡4小時後,大腦成功“複活”,並維持了6小時。消息一出,舉世震驚,而當時模糊生死邊界的神經科學家內納德·賽斯坦(Nenad Sestan),在三年後的今天又成功地把BrainEx的升級版OrganEX帶到我們眼前。

  內納德·賽斯坦(Nenad Sestan)

  這一次,他要複活的是整個豬身體的循環系統。OrganEx到底為什麼會這麼神奇?

  恢復豬全身細胞和重要器官的功能

  如果沒有氧氣,哺乳動物的細胞會很快地死亡。但矛盾的地方在於,給被剝奪氧氣的細胞恢復氧氣也會導致壓力和損傷——這種現象被科學家稱為再灌注或再氧合損傷。

  為瞭解決這個問題,科學家在再灌注技術領域奮鬥了多年。近日,耶魯大學的賽斯坦團隊根據三年前的BrainEX系統升級打造出了OrganEX系統,對心臟驟停的豬再次動了手,這一次他們試圖“複活”豬全身的重要器官。

  OrganEx技術和工作流程概述

  在這個研究中,研究人員優化了再灌注所需的灌注液,改變了其中所含的冷凍保護劑和抗生素等。他們使用計算機控製的系統將灌注液泵入豬的全身,該系統涉及灌注泵、氧合器和血液透析裝置,能夠保持灌注液中電解質和其他必需分子的穩定水平。

  緊接著,研究人員將OrganEx與一種更傳統的心肺替代裝置ECMO進行了功能上的比較,ECMO是一種體外膜氧合系統,能將豬自身的血液攜帶上新鮮的氧氣再泵入體內。

  他們讓豬心臟驟停,並在豬死亡後將它們放置了一小時,然後對他們進行了六個小時的全身再循環和再氧合。

  灌注方案中的循環和血液/灌注特性

  研究表明,ECMO不能完成所有器官的恰當灌注,研究人員發現許多較小的血管已經發生了塌陷。相比之下,OrganEx系統的使用能達到完全再灌注的效果,同時維持穩定的耗氧量,並且研究人員沒有檢測到典型的缺氧電解質紊亂和異常酸性體液。

  他們還對豬的腦、心臟、肺、肝、腎和胰腺組織進行了深入地分析,結果顯示,與ECMO相比,OrganEx灌注後細胞的破壞減少,並且有更多證據表明了OrganEx灌注促進了細胞的修復過程,比如在豬的腎臟細胞中,出現了細胞增殖的現象。

  總之,研究人員通過這項研究發現,OrganEx表現出能保存組織完整性、減少細胞死亡、並恢復多個重要器官(如心臟、腦、肝臟和腎臟)中特定的分子和細胞過程,這個方法或有望增加移植器官的可用性,是一個非常有前景的突破。

  他們曾“複活”過一顆死去的豬腦

  在進行當前研究之前,賽斯坦的小組曾開發了一種名為BrainEx的技術,可以在長達6小時的缺氧後恢復豬腦細胞中某種程度的代謝活動,讓豬腦“複活”。

  《自然》雜誌對這項研究的介紹

  “複活豬腦”這個神奇構想是怎麼來的?

  這個構想來源於20世紀初,科學家試圖通過實驗讓大腦在心臟停止跳動之後還能繼續保持活動,但這件事實施起來比較困難。

  有意思的是,之前還有研究表明,人死後很久,從大腦中取出的細胞仍然可以進行正常活動,比如說製造蛋白質。

  基於這些發現,賽斯坦有了個大膽的想法——他想要弄清在生命體死亡數小時之後,還能夠讓整個大腦“複活”嗎?

  於是他帶領著團隊的小夥伴,到實驗室附近的一家屠宰場購買了32頭豬的豬頭用來做實驗。

  在豬死後四小時,豬頭被送進了實驗室,研究人員開始用BrainEx系統進行灌注,向豬的大腦靜脈和動脈中注入冷凍保護性灌注液,這個系統能向腦細胞輸送營養和氧氣來模擬血液的流動。

BrainEx原理圖
BrainEx原理圖

  在持續灌注6個小時後,豬的大腦皮層細胞死亡數目與對照組相比減少了,細胞仍可以發揮一些功能,某種程度上讓豬“起死回生”了。

  而完成了這一系列實驗的賽斯坦並沒有停下研究的腳步,三年後的今天又成功“複活”了豬體內的部分器官和細胞功能。

  OrganEx的未來:治療疾病、保護待移植器官

  從賽斯坦第一次“複活”豬腦的時候,倫理問題就從未離開過他的研究。我們不禁疑惑,大腦和身體的部分機能可以恢復,是不是意味著我們能被“複活”或者說死亡的定義將被推翻?

  針對上述問題,這項研究的共同作者,耶魯大學神經科學研究科學家Zvonimir Vrselja在一次採訪中表示,“在實驗期間的任何時候,我們都沒有觀察到與感知、意識或意識相關的有組織的電活動,臨床上嚴格來說,這不是一個活的大腦,但它是一個細胞活躍的大腦。”

  因此,即便是研究人員成功恢復了豬全身的部分重要器官(如心臟、腦、肝臟和腎臟)中特定的分子和細胞過程,也不算是讓豬活了過來。

  但不可否認的是,OrganEx這項技術的出現,或許能夠改變一些涉及到心臟等重要器官的疾病的治療現狀。

  這項研究的結果揭示了OrganEx和ECMO在動物身體功能(包括細胞死亡和炎症)的基因表達方面存在著顯著差異,說明OrganEx有可能為心臟病發作或中風的人帶來新的治療策略,當然該系統的組件在特定臨床情況下的安全性仍需要進行研究。

  如果我們把眼光再放遠一些,會發現OrganEx在器官移植領域還有一項可觀的前景。

  研究人員通過試驗發現,OrganEx系統可以對離體器官進行再氧合和複蘇,並且灌注液中的抑製劑能抑製細胞死亡的速度,從而延長器官離體後保持活性的時間。

  因此他們認為,OrganEx系統可能會改善器官供體的現有灌注方法和效果,這在器官移植領域無疑是一個很好的消息,能夠一定程度上改變供體緊缺的情況。

  參考資料:

  1. Improved organ recovery after oxygen deprivation. Nature

  2. Cellular recovery after prolonged warm ischaemia of the whole body. Nature

  3. Pig‘s brain brought back to life, sort of, Yale scientists say. USAtoday.

  4. Disembodied pig brains revived: Your questions answered. Nature

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