Naukowcy z Yale opracowali sposób na przywrócenie funkcji organów świń w godzinę po tym, jak ich serca przestały bić. Technika ta, jeśli uda się ją zastosować także u ludzi, może zwiększyć liczbę narządów dostępnych do przeszczepu i dać lekarzom więcej czasu na ratowanie życia.
W ciągu kilku minut od ostatniego bicia serca kaskada zdarzeń biochemicznych wywołanych brakiem przepływu krwi, a co za tym idzie, brakiem dostępności tlenu i składników odżywczych, zaczyna niszczyć komórki i narządy organizmu. Jednak zespół naukowców z Yale University odkrył, że proces ten można spowolnić i częściowo odwrócić. Należy się jednak spieszyć.
Dzięki opracowanemu przez badaczy systemowi o nazwie OrganEx, naukowcy mogą utrzymywać przy życiu organy niedawno zmarłych świń, podłączając je do systemu pomp, czujników i filtrów. Ta procedura nie przywraca funkcji mózgu zwierząt ani nie przywołuje nieżyjących już świń z zaświatów. Zapewnia raczej utrzymanie pewnych funkcji komórkowych w ważnych narządach.
- Zasadniczo dzięki interwencji byliśmy w stanie pokazać, że możemy przekonać komórki, by nie umierały – przyznał na konferencji prasowej Zvonimir Vrselja, główny autor badania z Yale School of Medicine. - Pod mikroskopem trudno było odróżnić zdrowy narząd od takiego, który po śmierci był leczony technologią OrganEx – dodał.
Opis i rezultaty badań ukazały się na łamach pisma „Nature” (DOI: 10.1038/s41586-022-05016-1).
Technologia OrganEx dostarcza specjalnie zaprojektowany płyn chroniący komórki do narządów i tkanek. Dzięki niej naukowcy przywrócili krążenie krwi i inne funkcje komórkowe u świń godzinę po ich śmierci. Autorzy twierdzą, że ich metoda może pomóc w przedłużeniu zdatności narządów do przeszczepów i zwiększeniu ich dostępności. Jeśli oczywiście uda się ją zastosować u ludzi.
- Komórki nie umierają natychmiast, istnieje bardziej przewlekła seria wydarzeń – powiedział David Andrijevic z Yale School of Medicine i współautor badania. - Jest to proces, w który można interweniować, zatrzymać i przywrócić niektóre funkcje komórkowe - dodał.
Badania te opierają się na pracach z 2019 roku, w których naukowcy z Yale przywrócił krążenie i pewne funkcje komórkowe w mózgu martwej świni za pomocą technologii nazwanej BrainEx (więcej na ten temat w tekście: Naukowcy przywrócili niektóre funkcje mózgu świni kilka godzin po śmierci). Jeszcze wcześniej, bo w 2018 roku, system BrainEx pomógł utrzymać przy życiu mózg świni poza organizmem zwierzęcia (więcej na ten temat w tekście: Naukowcy zdołali utrzymać przy życiu mózg świni poza jej ciałem).
W nowym badaniu naukowcy zastosowali zmodyfikowaną wersję BrainEx o nazwie OrganEx. Technologia składa się z urządzenia perfuzyjnego podobnego do maszyn płuco-serce, które przejmują funkcje serca i płuc. Do tego dochodzi jeszcze eksperymentalny płyn – substytut krwi – zawierający tlen i składniki odżywcze, zapobiegający powstawaniu zakrzepów oraz chroniący przed stanami zapalnymi i śmiercią komórek.
U znieczulonych świń wywołano zatrzymanie akcji serca. Zespół pozyskał zwierzęta od lokalnego hodowcy i monitorował je przez trzy dni przed podaniem im środka uspokajającego. Godzinę po zatrzymaniu serca podpięto je pod OrganEx. Grupę kontrolną podpięto do urządzenia służącego do ciągłego pozaustrojowego natleniania krwi (ECMO).
Po sześciu godzinach pracy systemu OrganEx naukowcy odkryli, że pewne kluczowe funkcje komórkowe były aktywne w wielu obszarach ciała świń – w tym w sercu, wątrobie i nerkach. Co więcej, dostrzegli, że niektóre funkcje narządów zostały przywrócone. Na przykład znaleźli dowody aktywności elektrycznej w sercu, które zachowało zdolność do kurczenia się. Ale serce nie zostało w pełni ponownie uruchomione i nie jest jasne, co dokładnie robiło u tych zwierząt.
Naukowcy zauważyli również, że wątroby świń wytwarzały znacznie więcej białka zwanego albuminą niż wątroby świń z grupy kontrolnej. Komórki w każdym z ważnych organów świń podpiętych do OrganEx reagowały na glukozę znacznie bardziej niż w grupie kontrolnej, co sugeruje, że leczenie pobudziło metabolizm.
- Udało nam się również przywrócić krążenie w całym ciele, co nas zaskoczyło – powiedział Nenad Sestan z Yale.
Naukowcy odkryli również, że więcej genów odpowiedzialnych za funkcjonowanie i naprawę komórek było aktywnych we wszystkich głównych narządach w grupie świń podpiętej pod OrganEx, w porównaniu z grupą podłączoną do ECMO.
Normalnie, gdy serce przestaje bić, narządy zaczynają puchnąć, zapadają się naczynia krwionośne i ustaje krążenie. Jednak krążenie zostało przywrócone, a organy zmarłych świń okazały się funkcjonalne na poziomie komórek i tkanek. Podobnie jak w eksperymencie z 2019 roku, naukowcy odkryli również, że aktywność komórkowa w niektórych obszarach mózgu została przywrócona, chociaż nie wykryto zorganizowanej aktywności elektrycznej.
Naukowcy zauważają, że aktywność elektryczna w mózgach świń mogła być nieobecna, ponieważ roztwór, który pompowali do organizmów zwierząt, był chłodniejszy (28 stopni Celsjusza) niż normalna temperatura ich ciał. Możliwe też, że obecne w tłoczonym świniom substytucie krwi związki znieczulające i blokery neuronów mogły tłumić takie sygnały.
Zespół był szczególnie zaskoczony obserwowaniem mimowolnych i spontanicznych ruchów mięśni w obszarze głowy i szyi po wstrzyknięciu barwnika kontrastowego, który pomógł naukowcom zwizualizować mózgi zwierząt po leczeniu. Naukowcy nie mają jednak dobrego wyjaśnienia tych ruchów, zauważając, że jest mało prawdopodobne, aby impulsy powstały w mózgu, biorąc pod uwagę brak aktywności elektrycznej. Możliwe, że powstały w rdzeniu kręgowym, który może kontrolować niektóre funkcje motoryczne niezależnie od mózgu.
Jak podkreśla Vrselja, odkrycia są uderzające, biorąc pod uwagę, jak szybko po śmierci zaczyna się rozkład. W ciągu kilku minut od zatrzymania akcji serca organizm zostaje pozbawiony tlenu, a enzymy zaczynają trawić błony komórkowe, co prowadzi do gwałtownej utraty integralności strukturalnej narządów.
- Biorąc pod uwagę różnicę w sposobie, w jaki narządy świń radziły sobie z OrganEx w porównaniu z ECMO, jest to potencjalnie przełomowe badanie, które może znacznie zwiększyć liczbę narządów, które można odzyskać do przeszczepu - przyznał Gabriel Oniscu, transplantolog z Royal Infirmary of Edinburgh, który nie był zaangażowany w badania.
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.
Autorzy twierdzą, że technologia OrganEx może ostatecznie mieć kilka potencjalnych zastosowań. Na przykład może przedłużyć życie narządów i zwiększyć ich dostępność 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, zwłaszcza tymi, które obejmują mózg – podkreślił.
Z badaniami tego typu wiążą się nieodwracalnie wyzwania etyczne, zwłaszcza jeśli technika ta może pewnego dnia przywrócić aktywność mózgu po śmierci. Badania te dodatkowo podkreślają, że śmierć nie jest chwilą, ale procesem, przez co trudno jest ustalić dokładny moment śmierci. Oznacza to, że prawna definicja śmierci będzie musiała się dostosowywać wraz z postępem medycyny.
Źródło: Yale University, Nature, fot. Rictor Norton & David Allen from London, United Kingdom, CC BY 2.0, via Wikimedia Commons
.jpg){kind=link}