I et radikalt eksperiment som har noen eksperter som stiller spørsmål ved hva det vil si å være "i live", har forskere gjenopprettet hjernesirkulasjon og noe celleaktivitet i grisenes hjerner timer etter at dyrene døde i et slakteri.
Resultatene, selv om de er gjort hos griser og ikke mennesker, utfordrer det langvarige synet at hjerneceller etter døden undergår plutselig og irreversibel skade.
I stedet viser funnene, publisert i dag (17. april) i tidsskriftet Nature, at hjernen til et stort pattedyr "beholder en tidligere undervurdert kapasitet for restaurering" av sirkulasjon og visse cellulære aktiviteter timer etter døden, sier seniorforfatter Nenad Sestan, professor i nevrovitenskap, komparativ medisin, genetikk og psykiatri ved Yale School of Medicine i New Haven.
"Den viktigste implikasjonen av dette funnet er at ... celledød i hjernen oppstår over et lengre tidsvindu som vi tidligere trodde," sa Sestan under en nyhetskonferanse i går. Snarere enn å skje i løpet av sekunder eller minutter etter døden, "viser vi at ... en gradvis, trinnvis prosess," og at celledødprosessene i noen tilfeller kan bli utsatt eller til og med reversert, sa Sestan.
Fortsatt understreket forskerne at de ikke observerte noen form for aktivitet i grisenes hjerner som ville være nødvendig for normal hjernefunksjon eller ting som bevissthet eller bevissthet. "Dette er ikke en levende hjerne," sa Sestan. "Men det er en cellulær aktiv hjerne."
Arbeidet kan gi forskere nye måter å studere hjernen på, slik at de kan undersøke funksjoner i hele, intakt hjerne på en måte som ikke har vært mulig før. Dette igjen kan hjelpe forskere med å forstå hjernesykdommer eller effekten av hjerneskade, sa forskerne.
Selv om den nåværende studien ble gjort på griser og ikke mennesker, er grisehjerne større og mer menneskelignende sammenlignet med gnagerhjerner.
"BrainEx"
I studien utviklet forskerne et nytt system for å studere intakte, postmortem hjerner, kalt BrainEx. Det er et nettverk av pumper som fører en syntetisk løsning - en erstatning for blod - inn i hjernens arterier ved en normal kroppstemperatur.
Ved hjelp av BrainEx studerte forskerne 32 postmortem svinehoder som ble oppnådd fra et svinekjøttbehandlingsanlegg (som ellers ville blitt forkastet). Hjernen ble plassert i BrainEx-systemet 4 timer etter grisenes død, og fikk "perfuse" med det syntetiske bloderstatningen i 6 timer.
I løpet av denne tiden bevarte BrainEx-systemet ikke bare hjernecellestruktur og reduserte celledød, men også gjenopprettet en viss cellulær aktivitet. Noen celler var for eksempel metabolsk aktive, noe som betyr at de brukte glukose og oksygen og produserte karbondioksid. Andre celler reagerte med en inflammatorisk respons når de ble stimulert med visse molekyler.
I kontrast, "kontroll" hjerner som ikke ble behandlet med BrainEx, spaltes raskt.
"Vi kan se dramatiske forskjeller mellom hjernen vi behandler med vår teknologi" og kontrollhjerner, sa Sestan.
Etiske bekymringer
Dr. Neel Singhal, adjunkt i nevrologi ved University of California, San Francisco, som ikke var involvert i studien, sa at arbeidet var "tankevekkende" på grunn av noen av de etiske spørsmålene som ble reist. Selv om forskere for eksempel er langt fra å være i stand til å gjenopprette hjernefunksjon hos mennesker med alvorlige hjerneskader, hvis noe gjenoppretting av hjerneaktivitet er mulig, "vil vi måtte endre vår definisjon av hjernedød," sa Singhal til Live Science .
Forskerne så ingen tegn til bevissthet, og dette var heller ikke et mål for forskningen. Faktisk inkluderte den syntetiske blodløsningen flere kjemikalier som blokkerer neural aktivitet, den typen aktivitet som ville være nødvendig for bevisstheten.
Dessuten, hvis noen form for organisert elektrisk aktivitet - den typen som trengs for bevissthet - hadde dukket opp, var forskerne forberedt på å iverksette tiltak for å stoppe den aktiviteten ved å bruke anestesi og senke hjernetemperaturen, sier studieforfatter Stephen Latham, direktør for Yales Tverrfaglig senter for bioetikk. Med andre ord, avslutte eksperimentet hvis dette skjedde.
I en kommentar publisert ved siden av studien, ba Nita Farahany, professor i jus-filosofi ved Duke University, og kolleger etter flere retningslinjer rundt de etiske problemstillingene som er tatt opp av studien, som de sier "stiller spørsmål ved lange antagelser om hva som gjør en dyr - eller et menneske - i live. "
Slike problemer inkluderer hvordan man oppdager bevissthet til å begynne med og hvor lenge systemer som BrainEx skal få lov til å kjøre.
Fremtidig arbeid
Fordi studien varte i bare 6 timer, er mer forskning nødvendig for å vite om BrainEx kan bevare hjerner lenger enn denne gangen.
I tillegg gjenstår det mange spørsmål om hvor lik denne modellen er med hjernemiljøet. Systemet bruker ikke ekte blod, og hjernen bades ikke i væske da den er inne i hodeskallen, sa Singhal.
Men hvis systemet kan brukes i fremtidig hjerneforskning, kan dette "føre til en helt ny måte å studere postmortem-hjernen," Andrea Beckel-Mitchener, teamlederen ved National Institutes of Healths BRAIN Initiative, som medfinansierte forskning, heter det i en uttalelse. "Den nye teknologien åpner muligheter for å undersøke komplekse celle- og kretsforbindelser og funksjoner som går tapt når prøver blir bevart på andre måter," sa Beckel-Mitchener. Arbeidet kan også stimulere til forskning på måter å fremme hjernegjenoppretting etter tap av blodstrøm til hjernen, for eksempel under et hjerteinfarkt.
Studien kom likevel ikke i nærheten av å kunne gjenopplive en hjerne, gris eller menneske, etter døden. "I utgangspunktet, når hjernen mister sirkulasjonen, er det som en veldig komplisert bygning som bare har smuldret opp i en million stykker," sa Singhal. Det nye verket antyder at denne metoden "kan gjenopprette noe av grunnlaget", men det er fremdeles katedralen i hjernen som skal bygges på toppen av det fundamentet, sa han.
