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Nature:震惊!新研究在死亡数小时后成功恢复猪大脑的一些功能

来源:本站原创 2019-04-22 18:38

2019年4月22日讯/生物谷BIOON/---在一项新的研究中,来自美国耶鲁大学的研究人员报道,在死亡4小时后,猪大脑中的循环和细胞活性可得以恢复,这一发现挑战了长期以来关于死亡后某些脑功能停止的时间和不可逆转性质的假设。相关研究结果发表在2019年4月18日的Nature期刊上,论文标题为“Restoration of brain circulation and cellular functions hours post-mortem”。
图片来自Stefano G. Daniele & Zvonimir Vrselja; Sestan Laboratory; Yale School of Medicine。

从肉类加工厂获得的死后猪的大脑经分离出来后用一种特殊设计的化学溶液进行循环。这些研究人员报道,他们观察到了许多基本的细胞功能,这些功能曾被认为是在氧气和血液停止流动几秒钟或几分钟后停止的。

论文通讯作者、耶鲁大学医学院的Nenad Sestan教授说道,“大型哺乳动物的完整大脑保留了先前未被充分认识的循环恢复能力以及循环停止数小时后的某些分子和细胞活性的恢复能力。”

不过,这些研究人员还强调,这种经过处理的大脑缺乏与正常脑功能相关的任何可识别的全局性电信号。

论文共同第一作者Zvonimir Vrselja说道,“我们在任何时候都没有观察到与感知、知觉或意识相关的有组织的电活动。根据临床定义,这不是一个活的大脑,但是它是一个有细胞活性的大脑。”

大脑内的细胞死亡通常被认为是一个快速且不可逆转的过程。在切断氧气和血液供应后,大脑的电活动和意识迹象在几秒钟内就会消失,而能量储存在几分钟内耗尽。目前的理解认为,一系列损伤和死亡分子随后被激活,从而导致广泛的不可逆转的退化。

然而,Sestan及其团队观察到他们研究的小块猪大脑组织样本通常显示出细胞活力的迹象,即便在死后数小时内采集大脑组织,也是如此。有趣的是,他们获得了用于食品生产的猪的大脑,以研究这种死后的细胞活力在完整的大脑中可能有多普遍。在猪死亡4小时后,他们利用一种他们称之为BrainEx的系统连接大脑的血管系统,以便让他们开发的一种独特的配方溶液循环流通,这样就可保存大脑组织。他们发现神经细胞完整性得以保留,而且某些神经元、神经胶质细胞和血管细胞的功能得以恢复。

这种新的系统能够有助于解决一个棘手的问题---无法应用某些技术来研究完整的大型哺乳动物大脑的结构和功能,这阻碍了对大脑疾病根源等主题以及健康情况和异常情况下的神经元连接性的严格调查。

论文共同第一作者Stefano G. Daniele说道,“以前,我们仅能利用位于原生环境之外的小块组织样本,在静态或基本上二维的条件下研究大型哺乳动物大脑中的细胞。这是我们第一次能够在三维水平上研究较大的大脑,这增加了我们研究复杂的细胞相互作用和连接性的能力。”

这些研究人员说,虽然这一进展不会立即转化为临床应用,但是这种新的研究平台可能有一天能够有助于医生找到帮助挽救中风患者脑功能的方法,或者测试靶向损伤后细胞恢复的新疗法的功效。

美国国家卫生研究院国家精神卫生研究所功能神经基因组学主任Andrea Beckel-Mitchener说道:“这方面的研究为推动对脑部疾病的理解和治疗提供了希望,并可能为研究死后人类大脑提供一种全新的方式。”

这些研究人员表示,尚不清楚这种方法是否适用于最近死亡的人类大脑。他们使用的化学溶液缺乏人体血液中天然存在的许多成分,比如免疫系统细胞和其他的血细胞,这使得这种实验系统与正常的生存条件显著不同。不过,他们强调,未来任何涉及人体组织的研究或者死后动物组织中全局性电活动的可能恢复都应该在严格的伦理监管下进行。

论文共同作者、耶鲁大学跨学科生物伦理学中心主任Stephen Latham说道,“意识的恢复从来就不是这项研究的目标。这些研究人员准备使用麻醉剂和降温来加以干预,以阻止有组织的全局性电活动的出现(如果它出现的话)。每个人都事先同意,如果没有明确的伦理标准和机构监督,涉及恢复全局性电活动的实验就无法进行下去。”

美国国家卫生研究院临床中心生物伦理学系主任Christine Grady说,从伦理上讲,有必要使用大脑计划(Brain Initiative)开发的工具来解开大脑损伤和疾病的谜团。

她说,“我们有责任与研究人员一起思考并积极主动地解决他们在开启脑科学新领域时可能遇到的任何潜在的伦理问题。” (生物谷 Bioon.com)

参考资料:

Zvonimir Vrselja et al. Restoration of brain circulation and cellular functions hours post-mortem, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1099-1.

Stuart Youngner et al, Pig experiment challenges assumptions around brain damage in people, Nature (2019). DOI: 10.1038/d41586-019-01169-8.
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