Ученые восстановили функции мозга свиньи через четыре часа после смерти её тела

Громкая история с отделением мозга от тела произошла весной 2019 года. Затем ученые рассказали, что им удалось "восстановить кровообращение и клеточные функции мозга" свиньи через четыре часа после смерти животного, а некоторые журналисты также заговорили о "возрождении".

На самом деле произошло следующее: исследователи придумали способ поддерживать мозг в жизнеспособном состоянии. Для этого они поместили орган в камеру с повышенной влажностью, подключили его к системе кровообращения, а саму плазму крови заменили жидкостью со сложным составом — во избежание свертывания и закупорки кровеносных сосудов. В таком состоянии им удавалось удерживать мозги свиньи до 10 часов.

Успешный эксперимент, длившийся шесть часов, был проведен с мозгами свиньи через четыре часа после смерти. Технология предоставляет ранее недоступную возможность изучать ряд функций мозга на целом изолированном органе. Статья была опубликована в журнале Nature.

Авторы сообщили о своих экспериментах на заседании комитета по этике Национальных институтов здравоохранения в апреле 2018 года, но подробности тогда не разглашались. Мозг многих млекопитающих очень чувствителен к недостатку кислорода.

После прекращения циркуляции (перфузии) крови в течение нескольких минут в ней начинается процесс гибели клеток и повреждения нервных волокон. Это, а также образование тромбов в мелких сосудах препятствует изучению функций мозга в динамике ex vivo, на изолированном органе. Замораживание и консервирование позволяют проводить только статические исследования.

Ряд наблюдений ставит под сомнение неизбежность гибели нервных клеток в течение нескольких минут и даже часов после прекращения кровообращения и предполагает, что эти ограничения для исследований потенциально можно обойти. Таким образом, ученым уже удалось получить образцы жизнеспособных клеток и тканей как животных, так и человека, а также зафиксировать электрофизиологическую активность спустя долгое время после смерти.

Известно, что митохондрии коры головного мозга человека могут функционировать через 10 часов после смерти. Также после часа полной ишемии обезьяны смогли восстановить электрическую активность и работу нейронов. Описан случай полного восстановления функций головного мозга человека в условиях низкой температуры после длительной остановки сердца.

Наконец, последние данные показывают, что удаление сгустка крови в течение 16 часов увеличивает шансы на хороший исход ишемического инсульта. Группа ученых во главе с Ненадом Сестаном из Йельского университета разработала высокотехнологичную систему для защиты изолированного мозга от быстрого разрушения, а также решение для питания мозга и специальную хирургическую процедуру для его изоляции.

Исследователи показали, что определенные функции мозга могут сохраняться в течение длительного времени после смерти, и существует, по крайней мере, частичная возможность их восстановления. Система, которую авторы назвали Brain Ex (BEX), может поддерживать циркуляцию специального перфузионного раствора в головном мозге, который по параметрам аналогичен физиологическому.

С помощью устройства перфузию можно проводить при давлении 20-140 миллиметров ртутного столба, частоте 40-180 ударов в минуту и температуре 3-42 градуса Цельсия. Система оснащена механизмами для обогащения раствора кислородом и очистки его от токсинов. Мозг помещают в сферическую камеру, в которой поддерживается относительная влажность 95 процентов, чтобы орган не пересыхал и не "купался в жидкости".

Ученые создали раствор для перфузии на основе гемоглобина, без клеточных элементов. Для облегчения исследований в него были добавлены эхогенные вещества. Хирургическая процедура, разработанная авторами, заключалась в изоляции головного мозга и его сосудов на уровне выше продолговатого мозга.

Для экспериментов ученые использовали около трехсот свиней в возрасте от шести до восьми месяцев, которых они получили с мясоперерабатывающих заводов. После настройки технологии в исследовании были использованы 32 свиных мозга. Ученые выделили четыре экспериментальные группы: перфузия контрольной жидкостью, перфузия жидкостью BEx, без перфузии, и мозг, исследованный через час после смерти. Мозг был подключен к системе BEx через четыре часа после смерти, время наблюдения составило шесть часов, соответственно, мозг прожил 10 часов после смерти.

Исследуя мозг свиньи перед подключением к системе, ученые обнаружили, что специфические клеточные функции были сохранены: ткани реагировали на фармакологические и иммунологические тесты, спонтанная активность синапсов и активный метаболизм отмечались при отсутствии активности мозга. Исходя из этого, ученые отметили, что способность восстанавливать функции мозга крупных млекопитающих при определенных условиях недооценивается.

В мозгах, подключенных к системе с перфузионным раствором BEX, сохранялась анатомическая и клеточная структура, сосуды обеспечивали циркуляцию питательного раствора, восстанавливалась функция нейроглии, поддерживался тканевой метаболизм и электрическая активность нейронов.

Ученые обнаружили, что сохранность клеток и волокон в разных частях мозга различалась. Таким образом, в области CA1 гиппокампа, особенно чувствительной к недостатку кислорода, признаки вакуолизации, повреждения мембран и лизиса цитоплазмы наблюдались даже при обследовании через час после смерти. В тканях головного мозга, через которые пропускали контрольный раствор, наблюдалось быстрое разрушение.

Иммунофлуоресцентное окрашивание нейронов (зеленый), астроцитов (красный) и ядер клеток (синий) в области CA3 гиппокампа в головном мозге, которые остались без перфузии (слева) и получили перфузию с использованием технологии Brain Ex.

В мозге, который не получал перфузионный раствор, астроциты и нейроны были разрушены. Ученые отмечают, что с помощью внутричерепной электроэнцефалографии не удалось обнаружить глобальную электрическую активность в головном мозге, что свидетельствует об отсутствии сознания и восприятия.