Naukowcy stworzyli system, z którym mózg dużych ssaków pozwala przywrócić poszczególne funkcje narządów i zachować jego integralność strukturalną. Udany eksperyment, który trwał sześć godzin, przeprowadzono z mózgiem świń cztery godziny po śmierci.

Technologia daje wcześniej niedostępną możliwość badania wielu funkcji mózgu na całym izolowanym narządzie. Artykuł na ten temat opublikowano w czasopiśmie Nature. Autorzy poinformowali o swoich eksperymentach na spotkaniu Komisji Etyki Narodowego Instytutu Zdrowia USA w kwietniu 2018 r., ale szczegóły nie zostały ujawnione.

Mózg wielu ssaków jest bardzo wrażliwy na brak tlenu. Po ustaniu krążenia krwi (perfuzji) w ciągu kilku minut rozpoczyna się proces śmierci komórek i uszkodzenia włókien nerwowych. To, jak również tworzenie się skrzepów krwi w małych naczyniach, zakłóca badanie funkcji mózgu w dynamice ex vivo na izolowanym narządzie. Zamrażanie i konserwacja umożliwiają tylko badania statyczne.

Szereg obserwacji kwestionuje nieuchronność śmierci komórek nerwowych w ciągu kilku minut, a nawet godzin po zaprzestaniu krążenia krwi, i sugeruje, że te ograniczenia badań mogą być potencjalnie omijane. Naukowcom udało się już uzyskać próbki żywych komórek i tkanek zarówno zwierząt, jak i ludzi, a także rejestrować aktywność elektrofizjologiczną długo po śmierci.

Wiadomo, że mitochondria ludzkiej kory mózgowej mogą funkcjonować dziesięć godzin po śmierci. Również po godzinie całkowitego niedokrwienia u małp udało się przywrócić aktywność elektryczną i pracę neuronów. Opisano przypadek całkowitego przywrócenia funkcji mózgu u osoby w warunkach niskiej temperatury po przedłużonym zatrzymaniu krążenia. Wreszcie, ostatnie dane pokazują, że usunięcie skrzepu krwi w ciągu szesnaście godzin zwiększa szanse na dobry wynik udaru niedokrwiennego.

Grupa naukowców pod kierownictwem Nenada Sestana z Yale University opracowała zaawansowany technologicznie system chroniący izolowany mózg przed szybkim zniszczeniem, a także rozwiązanie do zasilania mózgu i specjalnej procedury chirurgicznej w celu jego izolacji. Naukowcy wykazali, że pewne funkcje mózgu mogą utrzymywać się długo po śmierci i istnieje przynajmniej częściowa możliwość ich wyzdrowienia.

System, który autorzy nazwali BrainEx (BEx), może wspierać krążenie specjalnego roztworu perfuzyjnego w mózgu, który jest podobny pod względem parametrów do fizjologicznego. Za pomocą tego urządzenia można przeprowadzać perfuzję pod ciśnieniem 20–140 milimetrów rtęci, z częstotliwością 40–180 uderzeń na minutę i temperaturą 3–42 stopni Celsjusza.

System jest wyposażony w mechanizmy wzbogacania roztworu w tlen i oczyszczania z toksyn. Mózg umieszcza się w kulistej komorze, w której utrzymuje się wilgotność względną 95%, tak że narząd nie wysycha, ale też nie „kąpie się w cieczy”. Naukowcy stworzyli roztwór perfuzyjny na bazie hemoglobiny, bez elementów komórkowych. Dodano do nich substancje echogeniczne, aby ułatwić badania. Procedura chirurgiczna opracowana przez autorów polegała na wyizolowaniu mózgu i jego naczyń na poziomie powyżej rdzenia przedłużonego.

Badając mózg świni przed podłączeniem do systemu, naukowcy odkryli, że zachowane są określone funkcje komórkowe. Tkanki reagowały na testy farmakologiczne i immunologiczne, obserwowano spontaniczną aktywność synaps i aktywny metabolizm przy braku aktywności mózgu. Na tej podstawie naukowcy zauważyli, że zdolność do przywrócenia funkcji mózgu dużych ssaków w pewnych warunkach jest niedoceniana.

W mózgach połączonych z systemem za pomocą roztworu perfuzyjnego BEx zachowano strukturę anatomiczną i komórkową, naczynia zapewniające krążenie roztworu odżywczego, przywrócono funkcję neurogli, utrzymano metabolizm tkanki i aktywność elektryczną neuronów. Naukowcy odkryli, że zachowanie komórek i włókien w różnych częściach mózgu było inne.

Zatem w polu CA1 hipokampa, który jest szczególnie wrażliwy na brak tlenu, objawy wakuolizacji, uszkodzenia błony i lizy cytoplazmatycznej obserwowano nawet podczas badania godzinę po śmierci. W tkance mózgowej, przez którą przepuszczono roztwór kontrolny, zaobserwowano szybkie zniszczenie.

Naukowcy podkreślają, że za pomocą elektroencefalografii wewnątrzczaszkowej nie można było wykryć globalnej aktywności elektrycznej w mózgu, co wskazuje na brak świadomości i percepcji.

„Ta linia badań może doprowadzić do pojawienia się nowej metody badania pośmiertnego mózgu. Nowa technologia otwiera możliwości badania złożonych interakcji komórek i sieci neuronów, które są tracone w innych sposobach zachowania tkanek. Mogłoby to również pobudzić badania w celu opracowania metod przywracania mózgu po zaprzestaniu dopływu krwi do mózgu, na przykład przy zawale mięśnia sercowego ”- powiedziała Andrea Beckel - Mitchener, lider projektu badawczego Brain promującego innowacyjne neurotechnologie (inicjatywa BRAIN).

We wnioskach naukowcy piszą, że ich technologia może potencjalnie pomóc w budowaniu mostów między badaniami klinicznymi a neurologią teoretyczną. Wskazują także, że nowe możliwości rodzą nowe problemy etyczne, tj. wymagane są jasne standardy, które zapobiegają prawdopodobieństwu odzyskania świadomości i innych funkcji mózgu, których utrzymanie może nieumyślnie spowodować cierpienie.