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几十年来，科学家一直在寻找保护细胞和器官免受中风、心脏病发作或呼吸停止后可能发生的氧气剥夺。2019年，耶鲁大学的内纳德·赛斯坦（Nenad Sestan）等人曾用再灌注手段成功地让猪脑“复活”了6小时。 8月3日深夜，赛斯坦等人在《自然》杂志上撰文描述了一种名为OrganEx的系统，该系统使氧气能够在猪的全身进行再循环，从而在心脏骤停一小时后，能成功保存细胞和器官的功能和活性。 值得一提的是，因OrganEx技术扭转了细胞和器官长时间缺血的有害影响，器官移植领域的一大难题——移植器官的保存，从而也可能会从中受益。器官移植会有新的突破吗？OrganEx能否摆脱伦理的枷锁真正造福人类？ 2019年，一群耶鲁大学的科学家曾用一种名为BrainEx的技术打破了世界对“死亡”的认知。 这种叫BrainEx的系统，让猪在死亡4小时后，大脑成功“复活”，并维持了6小时。消息一出，举世震惊，而当时模糊生死边界的神经科学家内纳德·赛斯坦（Nenad Sestan），在三年后的今天又成功地把BrainEx的升级版OrganEX带到我们眼前。
内纳德·赛斯坦（Nenad Sestan） 这一次，他要复活的是整个猪身体的循环系统。OrganEx到底为什么会这么神奇？ 恢复猪全身细胞和重要器官的功能 如果没有氧气，哺乳动物的细胞会很快地死亡。但矛盾的地方在于，给被剥夺氧气的细胞恢复氧气也会导致压力和损伤——这种现象被科学家称为再灌注或再氧合损伤。 为了解决这个问题，科学家在再灌注技术领域奋斗了多年。近日，耶鲁大学的赛斯坦团队根据三年前的BrainEX系统升级打造出了OrganEX系统，对心脏骤停的猪再次动了手，这一次他们试图“复活”猪全身的重要器官。
OrganEx技术和工作流程概述 在这个研究中，研究人员优化了再灌注所需的灌注液，改变了其中所含的冷冻保护剂和抗生素等。他们使用计算机控制的系统将灌注液泵入猪的全身，该系统涉及灌注泵、氧合器和血液透析装置，能够保持灌注液中电解质和其他必需分子的稳定水平。 紧接着，研究人员将OrganEx与一种更传统的心肺替代装置ECMO进行了功能上的比较，ECMO是一种体外膜氧合系统，能将猪自身的血液携带上新鲜的氧气再泵入体内。 他们让猪心脏骤停，并在猪死亡后将它们放置了一小时，然后对他们进行了六个小时的全身再循环和再氧合。
灌注方案中的循环和血液/灌注特性 研究表明，ECMO不能完成所有器官的恰当灌注，研究人员发现许多较小的血管已经发生了塌陷。相比之下，OrganEx系统的使用能达到完全再灌注的效果，同时维持稳定的耗氧量，并且研究人员没有检测到典型的缺氧电解质紊乱和异常酸性体液。 他们还对猪的脑、心脏、肺、肝、肾和胰腺组织进行了深入地分析，结果显示，与ECMO相比，OrganEx灌注后细胞的破坏减少，并且有更多证据表明了OrganEx灌注促进了细胞的修复过程，比如在猪的肾脏细胞中，出现了细胞增殖的现象。 总之，研究人员通过这项研究发现，OrganEx表现出能保存组织完整性、减少细胞死亡、并恢复多个重要器官（如心脏、脑、肝脏和肾脏）中特定的分子和细胞过程，这个方法或有望增加移植器官的可用性，是一个非常有前景的突破。 他们曾“复活”过一颗死去的猪脑 在进行当前研究之前，赛斯坦的小组曾开发了一种名为BrainEx的技术，可以在长达6小时的缺氧后恢复猪脑细胞中某种程度的代谢活动，让猪脑“复活”。
《自然》杂志对这项研究的介绍 “复活猪脑”这个神奇构想是怎么来的？ 这个构想来源于20世纪初，科学家试图通过实验让大脑在心脏停止跳动之后还能继续保持活动，但这件事实施起来比较困难。 有意思的是，之前还有研究表明，人死后很久，从大脑中取出的细胞仍然可以进行正常活动，比如说制造蛋白质。 基于这些发现，赛斯坦有了个大胆的想法——他想要弄清在生命体死亡数小时之后，还能够让整个大脑“复活”吗？ 于是他带领着团队的小伙伴，到实验室附近的一家屠宰场购买了32头猪的猪头用来做实验。 在猪死后四小时，猪头被送进了实验室，研究人员开始用BrainEx系统进行灌注，向猪的大脑静脉和动脉中注入冷冻保护性灌注液，这个系统能向脑细胞输送营养和氧气来模拟血液的流动。
BrainEx原理图 在持续灌注6个小时后，猪的大脑皮层细胞死亡数目与对照组相比减少了，细胞仍可以发挥一些功能，某种程度上让猪“起死回生”了。 而完成了这一系列实验的赛斯坦并没有停下研究的脚步，三年后的今天又成功“复活”了猪体内的部分器官和细胞功能。 OrganEx的未来：治疗疾病、保护待移植器官 从赛斯坦第一次“复活”猪脑的时候，伦理问题就从未离开过他的研究。我们不禁疑惑，大脑和身体的部分机能可以恢复，是不是意味着我们能被“复活”或者说死亡的定义将被推翻？ 针对上述问题，这项研究的共同作者，耶鲁大学神经科学研究科学家Zvonimir Vrselja在一次采访中表示，“在实验期间的任何时候，我们都没有观察到与感知、意识或意识相关的有组织的电活动，临床上严格来说，这不是一个活的大脑，但它是一个细胞活跃的大脑。” 因此，即便是研究人员成功恢复了猪全身的部分重要器官（如心脏、脑、肝脏和肾脏）中特定的分子和细胞过程，也不算是让猪活了过来。 但不可否认的是，OrganEx这项技术的出现，或许能够改变一些涉及到心脏等重要器官的疾病的治疗现状。 这项研究的结果揭示了OrganEx和ECMO在动物身体功能（包括细胞死亡和炎症）的基因表达方面存在着显著差异，说明OrganEx有可能为心脏病发作或中风的人带来新的治疗策略，当然该系统的组件在特定临床情况下的安全性仍需要进行研究。 如果我们把眼光再放远一些，会发现OrganEx在器官移植领域还有一项可观的前景。 研究人员通过试验发现，OrganEx系统可以对离体器官进行再氧合和复苏，并且灌注液中的抑制剂能抑制细胞死亡的速度，从而延长器官离体后保持活性的时间。 因此他们认为，OrganEx系统可能会改善器官供体的现有灌注方法和效果，这在器官移植领域无疑是一个很好的消息，能够一定程度上改变供体紧缺的情况。 参考资料： 1. Improved organ recovery after oxygen deprivation. Nature 2. Cellular recovery after prolonged warm ischaemia of the whole body. Nature 3. Pig's brain brought back to life, sort of, Yale scientists say. USAtoday. 4. Disembodied pig brains revived: Your questions answered. Nature
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发表于 2022-8-4 10:24:53
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