Nature重磅成果:惊呆了!新技术实现“起死回生”,猪死亡后多器官“复活”

医药魔方Pro 2022-08-06 21:05

没有氧气,哺乳动物细胞就会死亡。但矛盾的是,为缺氧细胞恢复氧气也会导致应激和损伤——这种现象称为再灌注或再氧合损伤。几十年来,科学家们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缺氧再灌注有害影响的策略。

一直以来医学上都认为,脑死亡是判断死亡的标准。然而8月3日,Nature封面重磅发布的耶鲁大学最新研究显示:Nenad Sestan教授团队开发的OrganEx系统使氧气能够在猪的全身再循环,在心脏骤停一小时后仍能保存细胞和器官。这项研究撼动了生与死的边界,不禁让人们思考,或许未来世界中,科幻小说中描写的“起死回生”有实现的可能。

来源:Nature
    
早在2019年,Sestan教授团队就开发了一种名为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。


在这项新研究中,OrganEx系统涉及一种称为冷冻保护性灌注液的特殊液体,其被泵入大脑血管。灌注液主要由含有Hemopure的液体组成,Hemopure是蛋白质血红蛋白的一种合成形式,在红细胞中携带氧气。灌流液还含有大量有助于保护细胞(冷冻保护剂)和防止血栓的分子。


该团队优化了这种灌注液以进行全身再灌注,改变了其中含有的冷冻保护剂和抗生素,以及其他因素。他们使用计算机控制的系统将灌注液泵入全身,该系统涉及灌注泵、氧合器和血液透析装置,可保持灌注液中电解质和其他必需分子的稳定水平。

OrganEx技术和实验工作流程(来源:Nature)

之后,研究者将OrganEx与一种更传统的心肺替代装置——体外膜肺氧合(Extracorporeal Membrane OxygenationECMO进行了比较,该系统能将携带新鲜氧气的猪自身血液泵入体内循环。


研究者诱导了猪的心脏骤停,并在其死后放置1小时,然后进行6小时的全身再循环和再氧合。ECMO未能成功完成所有器官的良好灌注,研究者发现许多较小的血管已经塌陷。相比之下,OrganEx系统的使用显示完全灌注和稳定的耗氧量,且没有检测到典型的缺氧电解质紊乱和异常酸性体液。对脑、心、肺、肝、肾和胰腺组织的深入分析显示,灌注OrganEx比ECMO更少地破坏细胞,更有证据表明灌注OrganEx能促进细胞修复。例如,研究人员在OrganEx灌注的猪肾脏中发现了更多的细胞增殖的证据。

心脏骤停后猪肾脏再灌注:ECMO(左);OrganEx(右)(来源:Nature)


为了继续深入了解缺氧后细胞损伤和死亡的机制,研究者又对动物肾脏、肝脏和心脏中的基因表达进行了单细胞分析,发现OrganEx和ECMO动物之间在涉及各种功能(包括细胞死亡和炎症)的基因表达方面存在显著差异。


这项全面且精心设计的研究有可能为心脏病发作或中风的人带来新的治疗策略。但值得注意的是,首先需要更多的研究来确认OrganEx系统在特定临床情况下的安全性。


不过,荷兰格罗宁根大学医学中心的Robert J. Porte认为, OrganEx的主要好处可能是针对某些类型的器官捐献。死亡后器官捐献可分为两类:循环死亡后器官捐献(DCD)和脑死亡后器官捐献(DBD)。DBD捐献者虽然没有脑干功能,但血液循环完好。相比之下,成为DCD捐赠者的人有严重的、不可逆转的脑损伤,进一步治疗不太可能恢复,他们依靠呼吸和循环支持生存。因此,器官移植后的DCD比DBD的预后更差。


从供体取出到受体移植这段时间,保护器官的传统方法包括快速冷却和在冰冷的保存液中静态存储。这虽然大大降低了器官的新陈代谢和对氧气的需求,但不能完全消除这些需求。再加上全球供体短缺,导致对含氧机器灌注保存方法的研究需求增加。越来越多的人开始使用类似ECMO的设备进行腹部灌注,以使DCD供体器官在获取和静态冷藏前进行再氧合和复苏 ,并采用一些方法来避免有害的氧气再循环到严重受损的大脑。恰好这种策略可以通过OrganEx系统得到改进和完善。涉及到DCD供体时,必须防止大脑的再灌注,例如使用气囊导管阻塞胸主动脉或夹紧脑血管。


但同时该研究也引发了一些伦理方面的讨论,斯坦福大学法律和伦理学Hank Greely教授说:“虽然该系统可能对人体器官移植有用,并因此拯救更多生命,但它并没有解决最大的伦理问题。如果你在人类身上这样做,人们不仅要被告知他们自愿接受器官移植,而且要让他们的身体存活一段不确定的时间,以协助移植。”


参考资料:

[1]https://www.nature.com/articles/s41586-022-05016-1

[2]https://www.nature.com/articles/d41586-022-01995-3

[3]https://www.technologyreview.com/2022/08/03/1056664/repair-cells-damaged-pig-organs-death-ethics-heart-brain/


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