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巴黎人充值网址|《自然》封面:起死回生!耶鲁科学家让死亡4小时的猪脑恢复了代谢和细胞功能丨科学大发现

巴黎人充值网址|《自然》封面:起死回生!耶鲁科学家让死亡4小时的猪脑恢复了代谢和细胞功能丨科学大发现

巴黎人充值网址,“冬,晋文公卒。庚辰,将殡于曲沃。出绛,柩有声如牛。”——《左传》

一代霸主晋文公就这么给活埋进坟墓了。不过这也怪不了古人,毕竟没有心电脑电,对于生死的判断并不是那么准确。甚至到了今天,怎样才算死亡依然是个问题,毕竟有的时候,生和死的界限并不是那样清楚,比如躺在床上只有一些基本反射的植物人,比如心死亡和脑死亡的标准之争。

今日nature封面推荐的一项研究[1],让生与死之间的灰色地带又大了一些。耶鲁大学的zvonimir vrselja和nenad sestan等,利用他们开发的brainex系统,让本已“死去”4小时的离体的猪脑,维持了大脑的正常结构,恢复了代谢能力,对一些外界刺激产生相应的反应,甚至出现了一些自发的电生理活动。

不过研究人员也强调,他们在试验中并没有观察到任何能代表意识、知觉或其它大脑高级功能的脑电活动,但这也足以在伦理和法律界引起巨大的动荡了。

nature封面推荐

(来自nature)

大脑是我们作为人类最重要的器官了。所谓“我思故我在”,而思想恰恰是由大脑产生的。发达的大脑使得人类拥有远超其它动物的智力,并凭此征服了地球,发展出如今的文明。

但同时,大脑也是人体最为脆弱的器官之一。且不说它娇嫩易碎的组织结构,单就它对缺血缺氧的敏感性来说,几乎就是大脑自称第二,没器官敢称第一。

动物研究显示,心脏骤停后仅仅几秒,大脑的氧气就会耗尽,意识就会消失。到了5分钟时,atp和葡萄糖储备也消耗殆尽,脑功能完全恢复的可能性也随之降低[2]。

由于大脑的脆弱性和重要性,特别是现在有了呼吸机、ecmo等生命支持设备,死亡过程中往往是大脑先出现不可逆的功能丧失,而身体其它器官还有正常功能,可以用于器官移植,这也让脑死亡逐渐成为新的死亡标准[3]。无锡人民医院的肺移植专家陈静瑜,就曾经在人民代表大会上,三次提议脑死亡立法。

(image by viraj tamakuwala from pixabay )

然而,一些研究似乎表明,我们的大脑可能并没有我们所想的那样脆弱。死后数小时的人类脑组织,依然可以在培养基中存活数周[4]。死后10小时的人类大脑皮层中的线粒体也仍具有功能[5]。因低温而心脏停搏数小时的人,甚至可以完全恢复神经功能,没有留下后遗症[6]。

这一切,使得zvonimir vrselja和nenad sestan等猜测,在适当的条件下,可以让哺乳动物死亡一定时间后,部分的恢复它们大脑中某些分子和细胞的功能。

brainex装置

(来自参考文献1)

为此研究人员设计了一整套恢复离体哺乳动物大脑微循环的装置(brainex,bex),包括含有血红蛋白和一些抗凋亡药物等成分的bex灌注液,可以模拟正常心跳血压和体温的灌注设备,以及将离体大脑连接在设备上的手术方案。

利用这一套bex系统,研究人员对从屠宰场获得的已“死亡”4个小时的猪头进行了试验。动脉造影、血红素荧光成像等试验显示,这些猪脑在bex系统上灌注良好,微循环流量充足,使用增加脑血流量的药物尼莫地平也同样增加了这些“死亡”大脑中的“血”流量。

cta同样显示大脑灌注良好

(来自参考文献1)

在灌注了6个小时后,也就是这些猪死亡10小时后,研究人员对这些大脑进行了mri检测,t1相下,接受bex灌注的猪脑结构完整,脑室大小、灰白质对比以及解剖标志轮廓均保持正常,而未灌注的猪脑侧脑室塌陷,还有部分分解的迹象,接受对照灌注液(cp,主要为等渗pbs)灌注的猪脑也出现了广泛的组织水肿。

即使大脑中特别易受缺血缺氧损伤的海马ca1区,在接受bex灌注后,其中的神经元也保持了正常的椎体神经元结构,而神经元间传递信息的突触的完整结构,包括突触前的装着神经递质的囊泡结构,也被保留了下来。但未接受灌注或cp灌注的大脑中,其海马ca1神经元都出现了萎缩甚至解体的现象。

只有bex灌注保持了正常的脑室结构

(来自参考文献1)

bex对神经胶质细胞的保护同样明显。未灌注和cp灌注的大脑中的都出现了星形胶质细胞和小胶质细胞的大量破坏,而bex灌注的大脑中这些神经胶质细胞不但没有被破坏,还具有正常的功能,向其中注入诱导炎症的lps依然能引起il-6等多种细胞因子的释放。

此外,在神经元的细胞结构、室管膜纤毛上的细胞膜完整性、线粒体超微结构上,接受bex灌注的猪脑也基本保持正常,而未灌注或灌注cp的猪脑都出现了不同程度的损伤。

只有bex灌注保持了正常的胶质细胞,最左边死后1小时的猪脑用来代表正常情况

(来自参考文献1)

接下来,研究人员检测了“动静脉”中bex灌注液的成分差异,发现在bex灌注下,大脑对葡萄糖和氧气的消耗也与生理条件相似。而灌注一小时后,“静脉”中的钠钾离子浓度也恢复到了正常的生理水平,这反映了大脑中钠钾泵功能的恢复!

钠钾泵对于神经可是十分重要,它维持了胞内高钾低钠,胞外高钠低钾的离子浓度差异,是产生对神经电活动,行使大脑功能的基础。

确实,对于脑功能最为重要的电生理特性,也在bex灌注下也得以保留。神经元的膜电容、膜电阻、静息电位等,都与正常神经元相近,也能引出正常的动作电位。甚至在试验中,研究人员还观察到了自发的兴奋性突触后电流!

不过,试验中观察到的生物电活动都是单个神经元的,整体上并没有出现全脑的脑电活动,还不能说让这些大脑“活”了过来。

并没有出现整体 脑电活动

(来自参考文献1)

爱丁堡大学的tara spires-jones教授表示这项研究为研究大脑提供了一种新的方法:“更好地理解大脑功能对于理解人类的本质是很重要的,这也将帮助我们治疗像阿尔茨海默氏病这样的脑部疾病。然而,这项研究距离保存人类死后的大脑功能还有很长的路要走。相反,它只是暂时保存了猪大脑中一些更基本的细胞功能,而没有保存思想和个性。”

论文合著者,耶鲁大学的生物伦理学跨学科中心主任stephen latham也强调:“恢复意识从来都不是这项研究的目标,研究人员事前就准备使用麻醉剂和降温来阻止有组织的全脑电活动。所有人都同意,如果没有明确的道德标准和制度监督机制,就不会进行涉及复苏全脑活动的实验。”

编辑神叨叨

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参考文献:

1. vrselja z, daniele s g, silbereis j, et al. restoration of brain circulation and cellular functions hours post-mortem[j]. nature, 2019, 568(7752): 336-343.

2. greer d m. mechanisms of injury in hypoxic-ischemic encephalopathy: implications to therapy[c]//seminars in neurology. copyright© 2006 by thieme medical publishers, inc., 333 seventh avenue, new york, ny 10001, usa., 2006, 26(04): 373-379.

3. wijdicks e f m. the diagnosis of brain death[j]. new england journal of medicine, 2001, 344(16): 1215-1221.

4. verwer r w h, hermens w i m t, dijkhuizen p a, et al. cells in human postmortem brain tissue slices remain alive for several weeks in culture[j]. the faseb journal, 2002, 16(1): 54-60.

5. barksdale k a, perez-costas e, gandy j c, et al. mitochondrial viability in mouse and human postmortem brain[j]. the faseb journal, 2010, 24(9): 3590-3599.

6. hughes a, riou p, day c. full neurological recovery from profound (18.0 c) acute accidental hypothermia: successful resuscitation using active invasive rewarming techniques[j]. emergency medicine journal, 2007, 24(7): 511-512.

本文作者 | 孔劭凡

“或许缸中脑真能成为现实”


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