Перевод статьи Scientific american
Поводом для исследований стало наблюдение: клетки умершего мозга можно собрать и сохранить в клеточных культурах. Если мы можем сделать это в чашке Петри, можно ли повторить опыт в мозге человека? BrainEx состоит из трех элементов: компьютеризированной системы насосов, фильтров и резервуаров; кровезаменителя, не содержащего клеток, но способного переносить кислород; операции, чтобы все подключить.
Исследователи сравнили клетки мозга, которые они поддерживали с помощью BrainEx, с мозгом, который не был подключен ни к чему, чтобы оценить разницу их состояний. BrainEx снижала гибель клеток, сохраняла их анатомическую целостность и восстанавливала кровообращения, метаболизм и некоторые клеточные функции. Команда даже смогла наблюдать воспалительные реакции иммунных клеток, называемых глией, путем введения молекулы, которая имитирует бактериальную инфекцию. Судя по результатам, клетки намного устойчивее к остановке кислородоснабжения, чем мы думали.
Исследование финансировалось в National Institutes of Health’s BRAIN (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies) Initiative. «Это настоящий прорыв в исследованиях мозга; это новый инструмент, который ликвидирует разрыв между базовыми неврологическими и клиническими исследованиями, — сказала Андреа Бекел-Митченер, руководитель группы BRAIN Initiative в National Institute of Mental Health. — Он обеспечивает экспериментальный доступ, которого у нас никогда не было; мы ожидаем интересных исследований по мозговому кровообращению, клеточному метаболизму и другой клеточной биологии».
Результаты имеют значение для понимания смерти мозга. «Ученые и врачи предполагали, что даже через пару минут пути назад уже нет; и это исследование переворачивает все с ног на голову, — говорит Мэдлин Ланкастер, эксперт по исследованию органоидов мозга, так называемых «мини-мозгов», выращенных из стволовых клеток. — Мы надеемся побудить людей проводить больше исследований для потенциально умственно отсталых людей, и понять, как мы могли бы их вернуть». Продление времени до объявления мозга окончательно мертвым имеет и другие последствия: это может дать дополнительное время, в которое органы доступны для пересадки донорам, как обсуждалось в комментариях к статье в Nature. Одним из ближайших преимуществ является возможность узнать больше об ишемической травме. «Мы надеемся лучше понять, как реагируют клетки мозга на остановку кровообращения, и если мы сможем вмешаться и спасти эти клетки, то сможем придумать лучшую терапию для инсульта и других расстройств, которые заставляют клетки головного мозга погибать».
В долгосрочной перспективе BrainEx могла бы обеспечить изучение мозговых взаимодействий, изменения его функций и процессов болезни. Некоторые вещи мы уже знаем благодаря срезам мозга, клеточным органоидам (так называемым «мини-мозгам», выращенным из стволовых клеток) и изучению мертвых тканей, но эта система BrainEx предлагает как минимум два преимущества. Во-первых, неповрежденные клетки дают беспрецедентную возможность изучения схемы работы мозга. Если бы мы знали, что мозговые контуры в какой-то степени функционируют, возможность взглянуть на полностью неповрежденный контур дала бы небывалый прорыв. Во-вторых, посмертные исследования ограничивают наблюдения весьма небольшим временем, и это дает слабое понимание того, как развиваются болезни. Например, считается, что нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, связаны с накоплением токсичных белков в мозге. Мы могли бы понаблюдать за патологией, разрушая мозг подобно ей: ввести прионный белок или бета-амилоид и понаблюдать за распространением и действием в реальном времени. Возможность увидеть это в реальном времени — это ключ, лишь бы у нас был способ наблюдать.
Клетки головного мозга мозга свиньи — нейроны (зеленые) и астроциты (красные) — распадаются через 10 часов после смерти (слева), если их не спасти с помощью перфузионной технологии, называемой BrainEx (справа).
Команда работала с этическими принципами с того момента, как начала планировать эксперименты. Может ли умерший и вновь воскрешенный мозг проявлять осознанные признаки? Исследование направленно стремилось избежать возможности возвращения сознания. Команда была готова снизить температуру и использовать анестетики, чтобы погасить такие признаки, если они появятся. Исследователи постоянно следили за записями ЭЭГ и не видели глобальной электрической активности, которая говорила бы о возвращении осознанности. Кристоф Кох, ведущий исследователь в области нейробиологии сознания из Allen Institute for Brain Science в Сиэтле, утверждает, что для восстановленных клеток мозга не идет речь о сознании. Кох говорит, что не было ни одного из сигналов, которые мы связываем даже со сном: «Только плоская линия, подразумевающая полное отсутствие какой-либо осознанности».
Причина отсутствия электрической активности может быть связана с тем, что перфузионный раствор содержал блокаторы нервной активности. Исследователи включили эти блокаторы, потому что хотели сохранить мозг в пассивном состоянии, чтобы максимизировать клеточное восстановление. Работающему мозгу требуется больший запас энергии, а сам акт восстановления сознания может повредить нейроны (явление, известное как эксайтотоксичность). Команда взяла образцы ткани, чтобы показать, что отдельные нейроны все еще были электрически функциональными.
Но что случилось бы, если бы эти блокаторы не использовались? Мы не можем говорить с какой-либо научной достоверностью по этому вопросу, так как подобные эксперименты еще не проводились. Если будущие исследования приблизят реанимированный мозг к сознательной деятельности, это вызовет дискуссии о том, что тогда считать окончательной смертью. Эти соображения обсуждаются в сопроводительной статье, написанной в соавторстве с юристом Нитой Фарахани, биоэтиком, членом Neuroethics Working Group в рамках BRAIN Initiative и с которой исследователи консультировались на ранней стадии.
Команда также консультировалась с Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) в Йельском университете. Исследование не подпадает под действие руководящих принципов защиты животных. Свиньи уже были мертвы: материал для изучения приобрели на заводе по переработке свинины, поэтому ни одно животное не было принесено в жертву для этого исследования.
Чтобы изучить тонкости, работа должна воспроизводиться в других лабораториях. Команда хочет установить, как долго можно поддерживать мозг таким образом. Стадия перфузии эксперимента длилась всего шесть часов, потому что контрольный образец (клетки мозга, которых не было в системе BrainEx), подвергался слишком сильному распаду, чтобы можно было провести сравнения.
Если мозг можно поддерживать целостным в течение существенного времени, необходимо переключиться с вопросов клеточного восстановления на восстановление электрической функции in situ. Это приводит к этической дилемме. «Есть несколько вопросов, на которые нужно ответить в первую очередь. Можем ли мы когда-нибудь восстановить ЭЭГ? Каковы пределы восстановления сознания? К каким последствиям приведут исследования на клетках мозга людей?» — по мнению Фарахани, эти вопросы переводят то, что считалось мертвой тканью, в новую этическую категорию. Такой эксперимент будет опробован на грызунах, сначала путем простого удаления веществ, которые блокируют электрические соединения. Если бы было обнаружено что-то, похожее на сознательную деятельность, мы оказались бы на территории, для которой потребуются новые этические принципы. Если начать думать о результате эксперимента, как о новом животном, будет уместным свести к минимуму любой риск боли или стресса. Сейчас мы думаем об этом как об исследовании тканей. Они уже не просто мертвые, но еще и не совсем живые.
Наши переводы и статьи на пикабу и VK | Telegram | Яндекс.Дзен | medicalrave@gmail.com
