Forskare håller grishjärnor vid liv utanför kroppen

Hanna Barczyk

I ett steg som skulle kunna ändra definitionen av död har forskare återställt cirkulationen till hjärnorna på avhuggna grisar och hållit de återupplivade organen vid liv så länge som 36 timmar.

Bragden erbjuder forskare ett nytt sätt att studera intakta hjärnor i labbet i enastående detalj. Men det inviger också en bisarr ny möjlighet i livsförlängning, om mänskliga hjärnor någonsin skulle hållas på livstöd utanför kroppen.

Arbetet beskrevs den 28 mars vid ett möte som hölls vid National Institutes of Health för att undersöka etiska frågor som uppstår när amerikanska neurovetenskapliga centra utforskar gränserna för hjärnvetenskap.

Under evenemanget avslöjade neuroforskaren Nenad Sestan vid Yale University att ett team han leder hade experimenterat på mellan 100 och 200 grishjärnor som erhållits från ett slakteri, och återställt deras cirkulation med hjälp av ett system av pumpar, värmare och påsar med konstgjort blod som värmts till kroppstemperatur.

Grisar används ofta som modeller för transplantationsforskning. Ett nytt projekt ser ut att underhålla deras hjärnor efter döden. Carsten Koall | Getty

Det fanns inga bevis för att de okroppsliga grishjärnorna återfick medvetandet. Men i vad Sestan kallade ett häpnadsväckande och oväntat resultat, visade sig miljarder enskilda celler i hjärnan vara friska och kapabla till normal aktivitet.

Efter att ha nåtts per telefon i går avböjde Sestan att utveckla och sa att han hade lämnat in resultaten för publicering i en vetenskaplig tidskrift och inte hade tänkt att hans kommentarer skulle bli offentliga.

Sedan i våras har dock en bredare krets av forskare och bioetiker surrat om Yale-forskningen, som innebär ett genombrott för att återställa mikrocirkulationen – flödet av syre till små blodkärl, inklusive de djupt nere i hjärnan.

Dessa hjärnor kan vara skadade, men om cellerna är vid liv är det ett levande organ, säger Steve Hyman, chef för psykiatrisk forskning vid Broad Institute i Cambridge, Massachusetts, som var bland dem som informerades om arbetet. Det är på det yttersta av tekniskt kunnande, men inte så annorlunda från att bevara en njure.

Hyman säger att likheten med tekniker för att bevara organ som hjärtan eller lungor för transplantation kan göra att vissa av misstag ser tekniken som ett sätt att undvika döden. Det kan komma till den punkten att istället för att folk säger 'Frys min hjärna', säger de 'Koppla in mig och hitta en kropp till mig', säger Hyman.

Sådana förhoppningar är felplacerade, åtminstone för nu. Att transplantera en hjärna till en ny kropp är inte långt ifrån möjligt, enligt Hyman.

Hjärna i en hink

Yale-systemet, kallat BrainEx, innebär att en hjärna kopplas till en sluten slinga av rör och reservoarer som cirkulerar en röd perfusionsvätska, som kan transportera syre till hjärnstammen, cerebellarartären och områden djupt i hjärnans mitt .

Jag tror att många kommer att börja gå till slakterier för att få huvuden och lista ut det.

I sin presentation för NIH-tjänstemän och etikexperter sa Sestan att tekniken sannolikt skulle fungera i alla arter, inklusive primater. Det här är nog inte unikt för grisar, sa han.

Yale-forskarna, som började arbeta med tekniken för ungefär fyra år sedan och söker NIH-finansiering för den, agerade utifrån en önskan att konstruera en omfattande atlas över kopplingar mellan mänskliga hjärnceller.

En del av dessa kopplingar sträcker sig troligen över stora delar av hjärnan och skulle därmed lättare kunna spåras i ett komplett, intakt organ.

Sestan erkände att kirurger vid Yale redan hade frågat honom om den hjärnbevarande teknologin kunde ha medicinsk användning. Okroppsliga mänskliga hjärnor, sa han, kan bli marsvin för att testa exotiska cancerkurer och spekulativa Alzheimers-behandlingar som är för farliga för att pröva på levande.

Upplägget, skämtsamt kallat hjärnan i en hink, skulle snabbt väcka allvarliga etiska och juridiska frågor om det prövades på en människa.

Till exempel, om en persons hjärna återupplivades utanför kroppen, skulle den personen vakna i vad som skulle betyda den ultimata sensoriska deprivationskammaren, utan öron, ögon eller ett sätt att kommunicera? Skulle någon behålla minnen, en identitet eller juridiska rättigheter? Skulle forskare etiskt kunna dissekera eller göra sig av med en sådan hjärna?

Hjärnan i en burk-scen från komedin från 1983 Mannen med två hjärnor . Även om det är foder för skämt, i takt med att hjärnans bevarandeteknologi går framåt, tar medicinska etiker det på allvar. Effektivisera | 'Mannen med två hjärnor' (1983)

Dessutom, eftersom federala säkerhetsföreskrifter gäller för människor, inte döda vävnader, är det osäkert om US Food and Drug Administration skulle ha något att säga till om huruvida forskare skulle kunna försöka en sådan återupplivningsprocedur.

Det kommer att finnas många konstiga frågor även om det inte är en hjärna i en låda, sa en rådgivare till NIH som inte ville prata på posten. Jag tror att många kommer att börja gå till slakterier för att få huvuden och lista ut det.

Sestan sa att han var oroad över hur tekniken skulle tas emot av allmänheten och av hans kamrater. Människor är fascinerade. Vi måste vara försiktiga med hur fascinerade, sa han.

Komatöst tillstånd

Det är välkänt att en komatös hjärna kan hållas vid liv i åtminstone decennier. Det är fallet med hjärndöda människor vars familjer väljer att hålla dem kopplade till ventilationsmaskiner.

Mindre väl utforskade är konstgjorda sätt att hålla en hjärna helt separerad från sin kropp. Det har gjorts tidigare försök, bl.a en rapport från 1993 involverar gnagare, men Sestans team är det första att uppnå det med ett stort däggdjur, utan att använda kalla temperaturer, och med så lovande resultat.

Relaterad berättelse

Relaterad berättelse En teknik för att hålla organ vid liv utanför kroppen räddar liv. Och provocerar fram etiska debatter.

Till en början var Yale-gruppen osäker på om en ex vivo-hjärna till vilken cirkulationen återställdes skulle återfå medvetandet. För att svara på den frågan kollade forskarna efter tecken på komplex aktivitet i grisens hjärnor med hjälp av en version av EEG, eller elektroder placerade på hjärnans yta. Dessa kan plocka upp elektriska vågor som reflekterar bred hjärnaktivitet som indikerar tankar och förnimmelser.

Inledningsvis, sa Sestan, trodde de att de hade hittat sådana signaler, vilket genererade både larm och spänning i labbet, men de fastställde senare att dessa signaler var artefakter skapade av närliggande utrustning.

Sestan säger nu att organen producerar en platt hjärnvåg som motsvarar ett komatöst tillstånd, även om vävnaden i sig ser förvånansvärt bra ut och när den väl har dissekerats producerar cellerna normala mönster.

Bristen på bredare elektrisk aktivitet kan vara oåterkallelig om den beror på skador och celldöd. Grisarnas hjärnor fästes vid BrainEx-enheten ungefär fyra timmar efter att djuren halshöggs.

Det kan dock också bero på kemikalier som Yale-teamet lade till blodersättningen för att förhindra svullnad, vilket också kraftigt dämpar neuronernas aktivitet. Du måste förstå att vi har så många kanalblockerare i vår lösning, sa Sestan till NIH. Detta är förmodligen förklaringen till varför vi inte får [någon] signal.

Sestan sa till NIH att det är tänkbart att hjärnorna kan hållas vid liv på obestämd tid och att man kan försöka återställa medvetenheten. Han sa att hans lag hade valt att inte försöka heller eftersom detta är okänt territorium.

Den där djurhjärnan är inte medveten om någonting, det är jag väldigt säker på, sa Sestan, även om han uttryckte oro över hur tekniken kan komma att användas av andra i framtiden. Hypotetiskt sett tar någon den här tekniken, gör den bättre och återställer någons [hjärna] aktivitet. Det är att återupprätta en människa. Om den personen har minne, skulle jag bli helt galen.

Hjärnexperiment

Medvetande är inte nödvändigt för den typ av experiment på hjärnanslutningar som forskare hoppas kunna utföra på levande ex vivo-hjärnor. EEG-hjärnaktiviteten är en platt linje, men mycket annat fortsätter att ticka, säger Anna Devor, neuroforskare vid University of California, San Diego, som är bekant med Yale-projektet.

Devor tror att förmågan att arbeta med intakta, levande hjärnor skulle vara mycket trevlig för forskare som arbetar med att bygga en hjärnatlas. Hela frågan om döden är en gråzon, säger hon. Men vi måste komma ihåg att den isolerade hjärnan inte är densamma som andra organ, och vi måste behandla den med samma respekt som vi ger ett djur.

Idag i journalen Natur , 17 neuroforskare och bioetiker, inklusive Sestan, publicerade en ledare hävdar att experiment på mänsklig hjärnvävnad kan kräva särskilda skydd och regler.

Relaterad berättelse

Relaterad berättelse Nectome kommer att bevara din hjärna, men du måste avlivas först.

De identifierade tre kategorier av hjärnsurrogat som väcker nya bekymmer. Dessa inkluderar hjärnorganoider (klumpar av nervvävnad i storleken av ett riskorn), människo-djur chimärer (möss med mänsklig hjärnvävnad tillsatt) och ex vivo mänsklig hjärnvävnad (såsom delar av hjärnan som tagits bort under operation).

De fortsatte med att föreslå en mängd olika etiska säkerhetsåtgärder, som att droga djur som har mänskliga hjärnceller så att de stannar i ett komatös-liknande hjärntillstånd.

Hyman, som också skrev under brevet, säger att han gjorde det motvilligt, eftersom han tycker att de flesta scenarierna är överdrivna eller osannolika. Det är knappast möjligt att en liten hjärnorganoid kommer att känna eller tänka något, säger han.

Den enda typ av forskning han tror kan kräva snabba åtgärder för att sätta upp trafikregler är Sestans opublicerade teknik för att bevara hjärnan (som Natur redaktionen diskuterades inte). Om människor vill hålla mänskliga hjärnor vid liv post mortem är det ett mer pressande och realistiskt problem, säger Hyman. Med tanke på att det är möjligt med en grishjärna bör det finnas riktlinjer för mänsklig vävnad.

Dölj