Мозок свині оживили і підтримували шість годин

Одне з двох правових визначень смерті трактує її як незворотне припинення функцій мозку, що також називають «смертю мозку» (згідно з іншим, смерть — це припинення функцій дихання та кровообігу). Досі панівна думка полягала в тому, що клітини мозку стрімко та незворотньо колапсують вже через кілька хвилин після смерті. Але неймовірне дослідження, опубліковане в середу в Nature, доводить, що чимало функцій нейронів можна зберегти і відновити навіть за кілька годин. Команда дослідників (здебільшого з Єльської школи медицини) спромоглась відновити деякі функції мозку свиней аж через чотири години після того, як тварин забили, — і підтримувати їх протягом шести годин.

Мотивацією для дослідження стали дані про те, що клітини можна взяти з мертвого мозку й підтримувати живими в клітинних культурах, — розповів нейронауковець та його головний автор Ненад Сестан під час брифінгу для журналістів. «Якщо ми можемо це зробити в чашці Петрі, то чому б не спробувати в самому мозку?». Разом з колегами він створив систему під назвою BrainEx, яка складається з трьох елементів: комп’ютеризованої системи насосів, фільтрів та резервуарів; замінника крові, який не має клітин, але може переносити кисень разом з різноманітними сумішами, що повинні підтримувати життєдіяльність клітин; а також хірургічної процедури, що під’єднує цей апарат до мозку.

Дослідники порівняли мозок свині, який вони під’єднали до BrainEx, з контрольними мізками, що дало змогу оцінювати його стан протягом часу. Система дозволила знизити відмирання клітин, зберегти анатомічну цілісність та повернути функції кровообігу, метаболізму та кілька інших. Команда навіть змогла спостерігати імунну відповідь від клітин, названих нейрогліями, на введення молекул, що імітують бактеріальну інфекцію. Крім того, вони набагато краще відповідали на пошкодження, зумовлені припиненням притоку крові і, отже, кисню до мозку (так звана ішемія), ніж очікували дослідники. «У нас не було апріорної гіпотези, що ми зможемо відновити клітини аж до цього рівня. Нас це дуже здивувало», — сказав Ненад Сестан журналістам.

Це дослідження може зробити суттєвий внесок у методи дослідження мозку. Кошти на нього, до речі, виділила ініціатива BRAIN (Вивчення мозку за допомогою передових інноваційних нейротехнологій) при Національному інституті здоров’я, чиї експерти також прийшли на прес-конференцію. «Це справжній прорив у дослідженні мозку. Це зовсім новий метод, який заповнює прогалину між базовою нейронаукою та клінічними дослідженнями, — розповіла Андреа Бекель-Мітхенер, керівниця ініціативи BRAIN при Національному інституті психічного здоров’я. — Він також надає експериментальний доступ, якого у нас ніколи не було раніше. Ми тепер очікуємо нових досліджень циркуляцій крові в мозку, клітинного метаболізму та створення мапи далекосяжних нервових зв’язків».

Але основні теоретичні наслідки стосуються того, як слід розуміти смерть мозку. «Нас, науковців та лікарів, завжди навчали, що клітини мозку відмирають за кілька хвилин після смерті і вже немає вороття назад. Це дослідження перевертає це все з ніг на голову, — каже Меделін Ланкастер, спеціалістка із дослідження мозкових органоїдів з Кембриджського університету, яка не брала участь в дослідженні (мозкові органоїди — це так званий “міні-мозок”, який можна виростити із стовбурових клітин). — Найбільший потенціал я бачу саме у зміні мислення, а також в тому, що ці результати стимулюватимуть подальші дослідження за участі людей, які пережили смерть мозку і яких потенційно можна буде повернути назад до життя”. Іншим наслідком, який розглянули у статті-коментарі для Nature, може бути збільшення часу перед визнанням смерті мозку і доступності органів для донорства. Крім того, це може бути нагода довідатися більше про ішемічну травму. “Ми сподіваємось краще зрозуміти те, як клітини мозку реагують на зупинку кровообігу і чи можемо ми втрутитись і врятувати ці клітини, — сказав Сестан. — У такий спосіб ми потенційно зможемо розробити кращі методи лікування інсульту та інших захворювань, під час яких відмирають клітини мозку».

У тривалій перспективі BrainEx може стати революційним методом вивчення конектому, функціонування нервових зв’язків та перебігу низки хвороб. Багато чого, звісно, можна довідатись із вивчення зрізів тканини мозку чи мозкових органоїдів, а також із досліджень мозку post-mortem, але ця система обіцяє принаймні дві переваги. По-перше, відновлений у такий спосіб мозок надає безпрецедентну можливість дослідження конектому. “Якщо вам потрібно щось досліджувати в масштабах цілого органу, то це неперевершена можливість, — каже Ланкастер. — Якщо ми б знали, що мережі мозку залишаються функціональними після смерті, можливість вивчати їх була б неймовірно корисною”. По-друге, дослідження post-mortem не дають можливості довідатись, як прогресує хвороба, наприклад, нейродегенеративні захворювання, хвороба Альцгеймера чи ушкодження мозку токсичними білками. “Ви отримуєте нові можливості для досліджень, наприклад, можливість вводити пріонні чи бета-амілоїдні білки і спостерігати, як вони розповсюджуються і як мозок на них реагує. Тепер це можна буде робити в реальному часі”, — продовжує вона.

Проводячи експеримент, команда взяла до уваги усі етичні застереження щодо таких досліджень. Найважливішим з них було те, що оживлені мізки можуть подавати ознаки свідомості. Науковці прагнули уникнути хоча б далекої можливості, що свідомість може повернутись, а у випадку її хоч найменших проявів вони були готові одразу понизити температуру чи ввести анестетики. Вони також постійно моніторили електричні сигнали на поверхні мозку й не побачили жодних ознак масштабної електричної активності, яка супроводжує свідомість. “Я цілком впевнений, що у цих відновлених мізках не було свідомості”, — каже Крістоф Кох, провідний вчений у галузі нейронауки свідомості з Інституту дослідження мозку Пола Аллена у Сіетлі. Не було жодного сигналу, який ми пов’язуємо зі свідомістю або навіть зі сном, а лише “пряма лінія, що вказує на повну відсутність будь-якого різновиду свідомості”, — додав він.

Але ще однією причиною відсутності електричної активності було те, що перфузійний розчин, який ввели під час експерименту, містив блокатори нервової активності. Дослідники ввели ці речовини тому, що вони хотіли, щоб мізки залишалися “німими”, щоб максимізувати відновлення клітин. Активний мозок потребує більше енергії, а її раптовий приплив інколи може пошкодити нейрони (феномен під назвою «ексайтотоксичність»).

Але що б сталося, якби цих блокаторів не використовували? «Ми не можемо говорити з будь-якою науковою впевненістю, адже ми не проводили таких експериментів», — сказав журналістам Стефано Деніелі, інший провідний автор дослідження. Якщо такі майбутні експерименти матимуть на меті ближче повернути мозок до свідомості, то це може стимулювати дискусії про те, що слід вважати по-справжньому мертвим. Ці міркування розглядають в іншій статті-коментарі, співавторкою якої є правниця та фахівчиня з біоетики Ніта Фарахані, членкиня Робочої групи з нейроетики при Ініціативі BRAIN, з якою дослідники консультувались під час усіх фаз експерименту.

Вони також консультувалась з Інституційним комітетом з питань догляду та використання тварин (IACUC) при Єльському університеті, члени якого дійшли висновку, що дослідження не підлягає правилам поводження з тваринами. Очевидно, що свині вже були мертвими. Команда їх взяла із тваринної ферми, тож жодної тварини не забили спеціально заради експерименту. В будь-якому випадку, цих правил не застосовують до тварин, яких вирощують для їжі.

Тепер експеримент мають повторити в інших назалежних лабораторіях, які мають навчитись складних нюансів ручної роботи з апаратом BrainEx. Сама команда хоче з'ясувати, наскільки довго можна підтримувати функції мозку у такий спосіб. Перфузійна частина експерименту тривала усього шість годин, адже після цього контрольні мізки, не під’єднані до BrainEx, зазнали дегенерації настільки, що будь-яке значуще порівняння між ними втратило сенс.

Якщо функціональність мозку вдасться підтримувати протягом довших періодів, а дослідники перейдуть від відновлення клітин до підтримки електричних функцій in situ (на місці), вони можуть увійти в цілком нову та незвідану етичну територію. «Є деякі питання, на які слід спершу відповісти, — каже Фарахані. — Чи зможемо ми колись дістатись до відновлення електроенцефалограми? Якщо так, то які обмеження? Які наслідки це матиме для дослідження на тваринах, а також — одного дня — і на людях?». На думку Фарахані, через ці невідомі те, раніше вважали мертвою тканиною, отримує цілковито новий етичний статус. «Тут є потенціал для великого відкриття, але він ставить дуже серйозні етичні запитання. Почати потрібно зі найбезпечнішого — надати цій тканині такий самий захист, який мають тварини під час досліджень». Схожі експерименти, мабуть, спершу проведуть на гризунах і спочатку лише приберуть речовини, які блокують електричну активність. Якщо появиться хоч щось, що схоже на свідомість, вчені потраплять у територію, яка потребує нових етичних дороговказів. «Якщо ви почнете у цей момент більше сприймати об’єкт вашого дослідження як живу істоту, то тоді стане необхідною якась мінімізація ризику болю чи стресу. Проблема полягає ось в чому: ми зараз досліджуємо тканину, яка не зовсім зрозуміло, чи жива. Але також не до кінця ясно, чи вона мертва».

Brain Restoration System Explores Hazy Territory between Being Dead or Alive

Scientific American, 19/04/2019

Зреферував Є. Л.