Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 136: жизнь после смерти
Статья, вышедшая вчера в новом номере журнала Nature, буквально всколыхнула общественность: в ней полностью описана методология того, как можно сохранить мозг в жизнеспособном состоянии, как минимум, в течение шести часов при помощи специальных растворов, напоминающих кровь, и аппарата, который прогоняет эти растворы по сосудам, имитируя кровообращение. Создатели технологии из Йельского университета сообщают, что это позволяет сохранять структурную целостность тканей и клеток, хотя спонтанной функциональной активности им зарегистрировать не удалось.
«Мозг в колбе» как мысленный эксперимент, позволяющий поразмышлять над философией восприятия окружающей действительности и над доказательностью всего того, что мы можем оценить субъективно, существует с 60-х годов прошлого века. Его придумал американский философ Хилари Патнэм, и суть такова: мозг как бы изымают из черепной коробки, помещают в «аквариум» и подают на него электрические импульсы, полностью имитирующие сенсорные сигналы. Смысл в том, что мы изнутри нашего сознания, ориентируясь только на органы чувств, не в состоянии достоверно утверждать, что есть вокруг нас.
До недавнего времени этот эксперимент действительно оставался только мысленным, потому что не существовало адекватных способов поддерживать долгое жизнеобеспечение такого сложного органа по аналогии с печенью, почками и даже сердцем. Однако, год назад впервые прогремела сенсационная новость, согласно которой научная группа из Университета Йеля во главе с Ненадом Сестаном (Nenad Sestan) научилась сохранять мозги обезглавленных свиней в «рабочем» состоянии в течение 36 часов. Тогда подробностей не последовало, поскольку руководитель направления отказался давать по этому поводу комментарии, ссылаясь на неотработанность метода. Но теперь дело дошло до публикации в Nature.
Волшебная камера и «живая вода»
Исследователям удалось разработать систему BrainEx (BEx), которая позволяет поддерживать адекватную перфузию (наполнение тканей кровью или кровезамещающими жидкостями) головного мозга, похожую на физиологичное кровоснабжение. Они также создали и специальную жидкость – смесь питательных веществ, гемоглобина и ансамбля фармакологических веществ, в которые входят агенты, предотвращающие апоптоз и некроз клеток, подавляющие электрическую активность нейронов, контрастный препарат для лучшей визуализации и ряд других.
Аппарат способен поддерживать кровенаполнение мозга в широком диапазоне: с давлением от 20 до 140 миллиметров ртутного столба, с частотой от 40 до 180 ударов в минуту, регулировать температуру перфузата (искусственной крови) от 3 до 42 градуса Цельсия. Кроме того, в «колбе», куда помещают мозг, поддерживается относительная влажность 95 процентов, а система насосов, датчиков и фильтров позволяет контролировать постоянство внутренней среды.
Схема описываемого устройства. Credit: Sestan et al. / Nature, 2019
В процессе отладки технологии нейробиологи использовали больше трех сотен свиных голов, которые им доставляли со скотобойни. В главный эксперимент включили 32 мозга, изъятых через четыре часа после смерти и разделенных на четыре группы. В первой группе органы подключали в системе, но в качестве жидкости использовали стандартные растворы, имеющиеся для хранения донорских органов. Вторая группа была «обеспечена» полностью: системой и перфузатом BrainEx. С третьей группой мозгов не делали ничего (группа контроля), а четвертая прибыла в лабораторию через час после убийства.
Живой или …?
В общей сложности наблюдения за органами (кроме четвертой группы) вели в течение шести часов. Группа мозгов из второй группы сохранилась наилучшим образом: полноценная микроциркуляция позволила сосудам полностью сохранить свои функции – они должным образом реагировали на все вводимые препараты (например, сосудосуживающие). Магнитно-резонансная томография (и МР-ангиография) показала полное структурное сохранение тканей и отсутствие каких бы то ни было признаков их посмертной деградации, по сравнению с другими группами, где такие перестройки наблюдались.
В частности, хорошо сохранился и церебральный метаболизм, а также структура митохондрий и миелина. Наиболее чувствительные к гипоксии (недостатку кислорода) гиппокамп, кора мозга и мозжечок по сохранности были близки к четвертой группе. При этом хотя в зоне СА1 гиппокампа и наблюдались признаки клеточной гибели, в зоне СА3 структура астроцитов и нейронов осталась вполне нетронутой.
Электрокортикография (регистрация электрической активности прямо с живого мозга) не показала никаких признаков спонтанной активности, характерной для живого мозга. Однако, некоторые исследователи, комментирующие работу, отмечают, что это могло стать следствием тех самых подаляющих нейрональную активность веществ, которые специально включали в состав перфузата, чтобы снизить энергопотребление.
Возможно, если их исключить, ученые смогут зарегистрировать некоторые признаки работы нейронов, возможно, даже реакцию на стимулы целых нейронных сетей. Однако, пока об этом говорить рано, и, по словам самих авторов, «важно отличать восстановление нейрофизиологической активности от восстановления интегрированных функций мозга». Но при этом они не исключают, что при дальнейшем развитии технологии это станет возможно.
Текст: Анна Хоружая
Restoration of brain circulation and cellular functions hours post-mortem by Zvonimir Vrselja, Stefano G. Daniele, John Silbereis, Francesca Talpo, Yury M. Morozov, André M. M. Sousa, Brian S. Tanaka, Mario Skarica, Mihovil Pletikos, Navjot Kaur, Zhen W. Zhuang, Zhao Liu, Rafeed Alkawadri, Albert J. Sinusas, Stephen R. Latham, Stephen G. Waxman & Nenad Sestan in Nature. Published April 2019.
doi:10.1038/s41586-019-1099-1