科学家「复活」了一头猪?《自然》头版头条重磅发文

2019年,美国耶鲁大学神经科学家内纳德·赛斯坦教授团队发布了一项震惊学界的研究。

在猪死亡4小时后,研究团队通过名为BrainEx的机械灌注系统向猪脑输送“养分”。猪脑“复活”了,在随后36小时内,神经元和一些脑细胞重启了正常的代谢功能。

这项研究冲击了人类对死亡的认知。一旦大脑能在体外单独产生意识——甚至没有颅骨包裹,它算死亡吗?会想些什么?还是原来那个他/她/它吗?

关于生死边界的伦理讨论远未结束,赛斯坦团队再进一步。今日(4日),顶刊《自然》头版头条,升级版的OrganEx连接了猪全身的系统,死亡1小时后再次恢复重要器官的功能,包括心脏收缩以及肝、肾脏活动。

科学家「复活」了一头猪?《自然》头版头条重磅发文

内纳德·赛斯坦

“有一次,死猪的头和脖子

开始自发移动”

当心脏死亡,血液循环和供氧停止后,短短几分钟就会引起细胞损伤,“死亡”随即蔓延全身,这一过程被认为是不可逆的。但从古至今,人类试图实现“死而复生”的努力从未停止。

随着技术革新,已有一些研究表明,试图在一定时间内阻止和延缓细胞凋亡并非天方夜谭,但大多数都集中在单一器官。

“迄今为止,将单器官干预转换为全身应用,仍受到人体循环和多系统运作方式的制约。”赛斯坦团队在论文中写道。他们想要挑战这一“禁区”,这次使用的全新OrganEx系统由计算机控制,主要组成部分包括灌注泵、氧合器和血液透析装置。

溶解了氧气后,人工血液被泵入猪的全身,这是一种由动物自体血液和抗凝剂等13种成分组成的溶液,重塑了猪体内塌陷的血管,抑制免疫系统,并中断导致细胞凋亡的化学过程。人工血液的泵入模仿了心脏跳动的节律,血液透析装置并联至主回路。

科学家「复活」了一头猪?《自然》头版头条重磅发文

OrganEx系统

在获得伦理批准后,团队先对猪进行深度麻醉,随后用电击诱导猪心停跳。死亡1小时后,一部分猪连上了OrganEx系统,另一部分则使用传统的ECMO或不做任何处理,以进行效果对照。

6小时后研究人员发现,与接受ECMO或未治疗的猪相比,“OrganEx猪”循环重启的效果要好得多。氧气开始流向猪的全身组织,心脏扫描检测到电信号和收缩。

此外,“OrganEx猪”的细胞损伤更小,肝脏产生明显更多的白蛋白,肾脏出现了细胞增殖现象,大脑部分区域细胞和组织的完整性也得到了保障。更惊喜的是,在“OrganEx猪”所有重要器官中,细胞对葡萄糖的反应比其他组强得多,这表明已启动新陈代谢。

科学家「复活」了一头猪?《自然》头版头条重磅发文

左侧为对照猪的肝脏和肾细胞图像;右边为对应的图像,表明恢复了一些组织完整性和某些细胞功能。

器官中基因对细胞功能和修复的响应也更活跃,“甚至有一次,猪的头和脖子开始自发移动,这表明恢复了一些运动功能。”研究员团队表示,这可能来源脊髓,但确切原因需进一步调查。

死亡的大脑还能重新“复活”吗?

“大脑是最容易缺氧的器官。如果能在死猪脑中恢复某些功能,那么在其他器官中也能做到。”赛斯坦教授说。

科学家「复活」了一头猪?《自然》头版头条重磅发文

《自然》头版头条

20 世纪初以来,科学家试图通过冷却动物大脑并泵入血液或替代品,让大脑在心脏停跳后依旧保持活力。也有研究发现,人死后脑组织切片中的细胞在培养中可存活数周,并进行一些正常活动,比如制造蛋白质。

但已死亡的大脑还能重新复活吗?

在2019年发布的研究中,赛斯坦教授团队从屠宰场购买了32个刚宰杀的猪头,并将大脑从头骨中取出,连接上BrainEx系统。死亡4小时后系统启动,模拟血液流动,“养分”被注入大脑静脉和动脉。

在持续灌注6小时后,研究团队发现猪脑的神经元和一些脑细胞重启了正常的代谢功能,比如消耗糖分,产生二氧化碳,免疫系统也似乎正在发挥作用。同时,大脑皮层细胞的死亡数目明显少于对照组。而当研究人员对大脑的组织样本施加电流时,他们发现单个神经元仍然可以携带信号。

尽管离恢复复杂的大脑活动还有很长一段距离,但某种程度上,猪脑实现了“死而复生”。在BrainEx系统开启前的4小时,死猪脑没有接受氧气、葡萄糖或其他任何营养物质。

接下去的3年,赛斯坦教授团队改良了BrainEx系统,相较于针对大脑而“量身定做”,升级版OrganEx系统适用于全身器官。

“考虑到‘死亡’的速度有多快,这样的结果是惊人的。”今日,《自然》在头版头条发布报道,美国杜克大学神经伦理学家Farahany教授认为,若有朝一日能在人体复制并完善这项技术,用于保存,甚至复苏移植的器官,将会彻底改变一些移植器官短缺的局面。

大脑在体外恢复意识是什么感觉

“在人类历史的大部分时间里,对死亡的认知非常简单。”西雅图艾伦脑科学研究所首席科学家Christof Koch教授此前在接受《自然》采访时表示,“现在,我们必须质疑什么是‘不可逆转’的。”

事实上,无论是2019年还是最新发布的研究,研究团队在灌注系统里都准备了麻醉剂和神经元阻滞剂,以备在观察到大脑可能恢复意识时立刻叫停。

没人知道大脑在遗体中,甚至体外恢复意识会是什么感觉?想些什么?目前的医学伦理显然还没准备好应对这一情况。“但就研究结果本身而言,还远未到挑战‘死亡’概念的程度。”复旦大学上海医学院副院长朱同玉教授分析。

作为国内肾移植领域的专家,朱同玉教授对遗体器官保存、灌注等技术有着近20年的研究。他表示,细胞在缺血、缺氧后,如果体内重新注入血液试图维持或恢复,在氧化压力及血液中一些因子的作用下,会发生缺血-再灌注损伤。

“因此,传统冷灌注用的不是血液,而是类似细胞内液成分的保存液。”朱同玉教授说,“近些年,我们进一步开始使用机械灌注系统,其优势在于具有‘持续性’,通过循环让遗体细胞中有毒物质清除得更彻底。”

朱同玉教授认为,本次研究原理上并非“革命性”,但最大的临床意义在于,或许未来能显著增加用于移植的器官数量。“对于遗体肾脏,一般缺血超过半小时我们就放弃了。而如果新技术可以复制到人体,这一窗口期将极大延长。”

在2019年和最新的研究中,猪的死亡时长分别为4小时和1小时。朱同玉教授分析,除了机械灌注系统的改良,该团队研发的灌注液配比“秘方”可能是最为关键的因素。

“随着研究继续,也许有希望略微恢复一些脑部功能,如脑干呼吸中枢功能。但实现全脑恢复,产生意识,我不认为现在能够做到。”朱同玉教授说。赛斯坦教授团队也表示,两次试验中均未观察到与感知、意识相关的电活动。严格来说,这不是一个活的大脑,而是一个细胞活跃的大脑。

但又或许,伦理的讨论应该先于技术的实现。

在2019年猪脑试验发布后,Christof Koch教授公开呼吁,希望在实现“无实体大脑”产生意识前,学界就进行更广泛的伦理讨论。“因为一旦人类做到了,就不可能扭转它。”

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