W ciągu kilku minut od ostatniego bicia serca kaskada biochemicznych zdarzeń wywołanych brakiem przepływu krwi, tlenu i składników odżywczych zaczyna niszczyć komórki i narządy organizmu. Jednak zespół naukowców z Yale odkrył, że poważna i trwała awaria komórek nie musi nastąpić tak szybko.
Korzystając z nowej technologii, którą opracowali, która dostarcza specjalnie zaprojektowany płyn chroniący komórki do narządów i tkanek, naukowcy przywrócili krążenie krwi i inne funkcje komórkowe u świń przez całą godzinę po ich śmierci, donoszą w wydaniu czasopisma Nature z 3 sierpnia. .
Autorzy twierdzą, że odkrycia mogą pomóc w przedłużeniu zdrowia narządów ludzkich podczas operacji i zwiększeniu dostępności narządów od dawców.
„Wszystkie komórki nie umierają natychmiast, istnieje bardziej przewlekła seria wydarzeń” – powiedział David Andrijevic, naukowiec w dziedzinie neurologii w Yale School of Medicine i współautor badania. „Jest to proces, w którym można interweniować, zatrzymać i przywrócić niektóre funkcje komórkowe”.
Badania opierają się na wcześniejszym projekcie prowadzonym przez Yale, który przywrócił krążenie i pewne funkcje komórkowe w mózgu martwej świni za pomocą technologii nazwanej BrainEx. Opublikowane w 2019 roku badanie to i nowe było prowadzone przez laboratorium Nenada Sestana z Yale, profesora neuronauki Harveya i Kate Cushing oraz profesora medycyny porównawczej, genetyki i psychiatrii.
„Gdybyśmy byli w stanie przywrócić pewne funkcje komórkowe w martwym mózgu, narządzie, o którym wiadomo, że jest najbardziej podatny na niedokrwienie” [inadequate blood supply]Postawiliśmy hipotezę, że coś podobnego można również osiągnąć w innych ważnych narządach do przeszczepiania” – powiedział Sestan.
W nowym badaniu – w którym uczestniczył starszy autor Sestan i jego współpracownicy Andrijevic, Zvonimir Vrselja, Taras Lysyy i Shupei Zhang, wszyscy z Yale – naukowcy zastosowali zmodyfikowaną wersję BrainEx o nazwie OrganEx do całej świni. Technologia składa się z urządzenia perfuzyjnego podobnego do maszyn płucno-sercowych – które wykonują pracę serca i płuc podczas operacji – oraz eksperymentalnego płynu zawierającego związki, które mogą promować zdrowie komórkowe i tłumić stany zapalne w całym ciele świni. U znieczulonych świń wywołano zatrzymanie akcji serca, które godzinę po śmierci potraktowano OrganEx.
Sześć godzin po leczeniu OrganEx naukowcy odkryli, że pewne kluczowe funkcje komórkowe były aktywne w wielu obszarach ciała świń – w tym w sercu, wątrobie i nerkach – i że niektóre funkcje narządów zostały przywrócone. Na przykład znaleźli dowody aktywności elektrycznej w sercu, które zachowało zdolność do kurczenia się.
„Udało nam się również przywrócić krążenie w całym ciele, co nas zaskoczyło” – powiedział Sestan.
Normalnie, gdy serce przestaje bić, narządy zaczynają puchnąć, zapadają się naczynia krwionośne i blokują krążenie, powiedział. Jednak krążenie zostało przywrócone, a organy zmarłych świń, które otrzymały leczenie OrganEx, okazały się funkcjonalne na poziomie komórek i tkanek.
„Pod mikroskopem trudno było odróżnić zdrowy narząd od takiego, który po śmierci był leczony technologią OrganEx” – powiedział Vrselja.
Podobnie jak w eksperymencie z 2019 roku, naukowcy odkryli również, że aktywność komórkowa w niektórych obszarach mózgu została przywrócona, chociaż podczas jakiejkolwiek części eksperymentu nie wykryto zorganizowanej aktywności elektrycznej, która wskazywałaby na świadomość.
Zespół był szczególnie zaskoczony obserwowaniem mimowolnych i spontanicznych ruchów mięśni w obszarze głowy i szyi podczas oceny leczonych zwierząt, które pozostawały znieczulone przez cały sześciogodzinny eksperyment. Te ruchy wskazują na zachowanie niektórych funkcji motorycznych, powiedział Sestan.
Naukowcy podkreślili, że konieczne są dodatkowe badania, aby zrozumieć pozornie przywrócone funkcje motoryczne u zwierząt i że wymagana jest rygorystyczna ocena etyczna ze strony innych naukowców i bioetyków.
Protokoły eksperymentalne dla najnowszego badania zostały zatwierdzone przez Instytucjonalny Komitet Opieki nad Zwierzętami i Użytkowania Yale i prowadzone przez zewnętrzną komisję doradczą i etyczną.
Autorzy twierdzą, że technologia OrganEx może ostatecznie mieć kilka potencjalnych zastosowań. Na przykład może przedłużyć życie narządów u pacjentów ludzkich i zwiększyć dostępność narządów od dawców do przeszczepu. Może również pomóc w leczeniu narządów lub tkanek uszkodzonych przez niedokrwienie podczas zawału serca lub udaru.
„Istnieje wiele potencjalnych zastosowań tej ekscytującej nowej technologii” – powiedział Stephen Latham, dyrektor Interdyscyplinarnego Centrum Bioetyki w Yale. „Musimy jednak zachować staranny nadzór nad wszystkimi przyszłymi badaniami, szczególnie tymi, które obejmują perfuzję mózgu”.
Badania zostały sfinansowane przez Departament Zdrowia i Opieki Społecznej Stanów Zjednoczonych, Narodowe Instytuty Zdrowia oraz Narodowy Instytut Zdrowia Psychicznego.
Praca ta była wspierana przez granty NIH MH117064, MH117064-01S1, R21DK128662, T32GM136651, F30HD106694 i Schmidt Futures.