Dzięki specjalnemu urządzeniu naukowcom udało się utrzymać przy życiu mózg świni poza jej ciałem przez pięć godzin. Takie urządzenie może pozwolić na nowe sposoby badania mózgu bez wpływu innych funkcji organizmu.
Urządzenie utrzymujące mózg przy życiu i pozwalające mu na funkcjonowanie oddzielnie od ciała powstało na University of Texas Southwestern Medical Center (UTSW). Przetestowano je na mózgu świni. Za jego pomocą uczeni zdołali utrzymać świński mózg przy życiu przez pięć godzin. Może to prowadzić do nowych sposobów badania ludzkiego mózgu. Dostęp do mózgu odizolowanego od reszty ciała jest pożądany w badaniach metabolicznych, farmakologicznych i innych mających na celu scharakteryzowanie właściwości neuronalnych w izolacji od wpływów z reszty organizmu.
Rezultaty oraz opis badań ukazał się na łamach pisma „Scientific Reports” (DOI: 10.1038/s41598-023-39344-7).
Mózg jest odpowiedzialnym za różnorodne procesy regulujące między innymi tętno, oddychanie czy cykle snu i czuwania. Ale na jego funkcję wpływają czynniki pochodzące z reszty organizmu, takie jak poziom cukru we krwi, ciśnienie krwi i jej natlenienie.
Naukowcy z UTSW nie są pierwsi. W 2018 roku uczonym z Uniwersytetu Yale też udało się utrzymać przy życiu mózg świni poza organizmem zwierzęcia i to znacznie dłużej (więcej na ten temat w tekście: Naukowcy zdołali utrzymać przy życiu mózg świni poza jej ciałem). Inne zespoły naukowe podejmowały także próby utrzymania poza ciałem mózgu małpy czy psa.
Nowo opracowany system pozwala na odizolowanie mózgu od reszty ciała za pomocą inteligentnej sztucznej pompy, która dba o jego ukrwienie. Aby naśladować prawdziwe krążenie, urządzenie może subtelnie modyfikować skład krwi i dostosowywać jej przepływ do szeregu zmiennych, w tym ciśnienia, objętości, temperatury, natlenienia i składników odżywczych. Jest to możliwe dzięki specjalnemu algorytmowi, który monitoruje ciśnienie krwi, przepływ, pulsację i inne czynniki.
W badaniu system testowano na mózgach świń domowych. Najpierw chirurgicznie oddzielono dopływ krwi do mózgu świni od krążenia ogólnoustrojowego i zapewniono pełną pozaustrojową kontrolę krążenia. Kontrola ta opierała się na opracowanym algorytmie, który przez kilka godzin utrzymywał ciśnienie krwi, przepływ i pulsację na poziomie bliskim wartościom zmierzonym u tej konkretnej świni przed rozpoczęciem eksperymentów.
Po podłączeniu do urządzenia monitorowano aktywność mózgu za pomocą elektrokortykografii. To rodzaj elektroencefalografii, w której elektrody przykłada się bezpośrednio do kory mózgowej. Co ciekawe, aktywność mózgu świni pozostała niezmieniona lub minimalnie zaburzona poza ciałem.
Izolowanie mózgu umożliwi naukowcom manipulowanie sygnałami wejściowymi do niego docierającymi. To pozwoli zbadać, w jaki sposób zmieniają one funkcjonowanie mózgu bez wpływu organizmu. Kierujący badaniami Juan Pascual przyznał, że wraz ze współpracownikami wykorzystali ten system, aby lepiej zrozumieć skutki hipoglikemii (niskiego poziomu cukru we krwi) w przypadku braku innych czynników.
Chociaż naukowcy mogą wywołać hipoglikemię, ograniczając spożycie pokarmu u zwierząt laboratoryjnych lub podając im insulinę, organizm może częściowo zrekompensować jeden z tych scenariuszy poprzez zmianę metabolizmu. Urządzenie usuwa te ograniczenia. Nie ma ciała, nie ma problemu. Uczeni mogę zmieniać zawartość glukozy bezpośrednio we krwi pompowanej do mózgu.
- Ta nowatorska metoda umożliwia analizy skupiające się na mózgu niezależnie od ciała, co pozwala nam zbadać mózg w sposób, jaki nigdy wcześniej nie był wykonywany – przyznał Pascual.
Źródło: University of Texas Southwestern Medical Center, IFLScience, fot. David Monniaux/ Wikimedia Commons/ CC BY-SA 1.0
