Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 136: жизнь после смерти

Статья, вышедшая вчера в новом номере журнала Nature, буквально всколыхнула общественность: в ней полностью описана методология того, как можно сохранить мозг в жизнеспособном состоянии, как минимум, в течение шести часов при помощи специальных растворов, напоминающих кровь, и аппарата, который прогоняет эти растворы по сосудам, имитируя кровообращение. Создатели технологии из Йельского университета сообщают, что это позволяет сохранять структурную целостность тканей и клеток, хотя спонтанной функциональной активности им зарегистрировать не удалось.  

 


«Мозг в колбе» как мысленный эксперимент, позволяющий поразмышлять над философией восприятия окружающей действительности и над доказательностью всего того, что мы можем оценить субъективно, существует с 60-х годов прошлого века. Его придумал американский философ Хилари Патнэм, и суть такова: мозг как бы изымают из черепной коробки, помещают в «аквариум» и подают на него электрические импульсы, полностью имитирующие сенсорные сигналы. Смысл в том, что мы изнутри нашего сознания, ориентируясь только на органы чувств, не в состоянии достоверно утверждать, что есть вокруг нас.

До недавнего времени этот эксперимент действительно оставался только мысленным, потому что не существовало адекватных способов поддерживать долгое жизнеобеспечение такого сложного органа по аналогии с печенью, почками и даже сердцем. Однако, год назад впервые прогремела сенсационная новость, согласно которой научная группа из Университета Йеля во главе с Ненадом Сестаном (Nenad Sestan) научилась сохранять мозги обезглавленных свиней в «рабочем» состоянии в течение 36 часов. Тогда подробностей не последовало, поскольку руководитель направления отказался давать по этому поводу комментарии, ссылаясь на неотработанность метода. Но теперь дело дошло до публикации в Nature.

Волшебная камера и «живая вода»

Исследователям удалось разработать систему BrainEx (BEx), которая позволяет поддерживать адекватную перфузию (наполнение тканей кровью или кровезамещающими жидкостями) головного мозга, похожую на физиологичное кровоснабжение. Они также создали и специальную жидкость – смесь питательных веществ, гемоглобина и ансамбля фармакологических веществ, в которые входят агенты, предотвращающие апоптоз и некроз клеток, подавляющие электрическую активность нейронов, контрастный препарат для лучшей визуализации и ряд других.

Аппарат способен поддерживать кровенаполнение мозга в широком диапазоне: с давлением от 20 до 140 миллиметров ртутного столба, с частотой от 40 до 180 ударов в минуту, регулировать температуру перфузата (искусственной крови) от 3 до 42 градуса Цельсия. Кроме того, в «колбе», куда помещают мозг, поддерживается относительная влажность 95 процентов, а система насосов, датчиков и фильтров позволяет контролировать постоянство внутренней среды.

Схема описываемого устройства. Credit: Sestan et al. / Nature, 2019


В процессе отладки технологии нейробиологи использовали больше трех сотен свиных голов, которые им доставляли со скотобойни. В главный эксперимент включили 32 мозга, изъятых через четыре часа после смерти и разделенных на четыре группы. В первой группе органы подключали в системе, но в качестве жидкости использовали стандартные растворы, имеющиеся для хранения донорских органов. Вторая группа была «обеспечена» полностью: системой и перфузатом BrainEx. С третьей группой мозгов не делали ничего (группа контроля), а четвертая прибыла в лабораторию через час после убийства.

Живой или …?

В общей сложности наблюдения за органами (кроме четвертой группы) вели в течение шести часов. Группа мозгов из второй группы сохранилась наилучшим образом: полноценная микроциркуляция позволила сосудам полностью сохранить свои функции – они должным образом реагировали на все вводимые препараты (например, сосудосуживающие). Магнитно-резонансная томография (и МР-ангиография) показала полное структурное сохранение тканей и отсутствие каких бы то ни было признаков их посмертной деградации, по сравнению с другими группами, где такие перестройки наблюдались.

В частности, хорошо сохранился и церебральный метаболизм, а также структура митохондрий и миелина. Наиболее чувствительные к гипоксии (недостатку кислорода) гиппокамп, кора мозга и мозжечок по сохранности были близки к четвертой группе. При этом хотя в зоне СА1 гиппокампа и наблюдались признаки клеточной гибели, в зоне СА3 структура астроцитов и нейронов осталась вполне нетронутой.

Электрокортикография (регистрация электрической активности прямо с живого мозга) не показала никаких признаков спонтанной активности, характерной для живого мозга. Однако, некоторые исследователи, комментирующие работу, отмечают, что это могло стать следствием тех самых подаляющих нейрональную активность веществ, которые специально включали в состав перфузата, чтобы снизить энергопотребление.

Возможно, если их исключить, ученые смогут зарегистрировать некоторые признаки работы нейронов, возможно, даже реакцию на стимулы целых нейронных сетей. Однако, пока об этом говорить рано, и, по словам самих авторов, «важно отличать восстановление нейрофизиологической активности от восстановления интегрированных функций мозга». Но при этом они не исключают, что при дальнейшем развитии технологии это станет возможно.


Текст: Анна Хоружая

Restoration of brain circulation and cellular functions hours post-mortem by Zvonimir Vrselja, Stefano G. Daniele, John Silbereis, Francesca Talpo, Yury M. Morozov, André M. M. Sousa, Brian S. Tanaka, Mario Skarica, Mihovil Pletikos, Navjot Kaur, Zhen W. Zhuang, Zhao Liu, Rafeed Alkawadri, Albert J. Sinusas, Stephen R. Latham, Stephen G. Waxman & Nenad Sestan in Nature. Published April 2019.

doi:10.1038/s41586-019-1099-1

 

Нейронауки в Nature и Science. Выпуск 102: искусственная регенерация в сетчатке позволила слепым животным увидеть свет

Американским нейробиологам впервые удалось «пробудить» регенеративный потенциал одного из типов клеток сетчатки млекопитающих и обеспечить способность видеть свет слепым от рождения лабораторным животным. Ученые считают,…

Нейронауки в Nature и Science. Выпуск 103: протеиновые капли для нейронов и иммунитета

Американские исследователи определили механизм формирования и биохимическую роль так называемых протеиновых «капель». Они необходимы для хранения нейромедиаторов в нейронах, а также участвуют в формировании иммунного…

Нейронауки в Nature и Science. Выпуск 104: как мозг осознаёт время?

Учёные обнаружили сеть нейронов, которая играет ведущую роль в формировании временного восприятия опыта. Статья об этом вышла в журнале Nature. Credit: Норвежский университет естественных и…

Нейронауки в Nature и Science. Выпуск 105: ещё одна попытка победить спинальную травму

Починить разорванные нейроны спинного мозга можно, вернув их в более молодое состояние, – об этом сообщает исследование, опубликованное в конце августа в журнале Nature. Credit: Sofroniew…

Нейронауки в Nature и Science. Выпуск 112: что делает каракатиц мастерами маскировки

Головоногие моллюски и каракатицы в частности – настоящие мастера маскировки. Они могут становиться практически незаметными в самых разных местах. Как нервной системе удается управлять этим…

Нейронауки в Nature и Science. Выпуск 99: эмоциональность млекопитающих напрямую зависит от строения мозга

Влияют ли размеры мозга и сложность его строения на способность горевать, взялись выяснить итальянские исследователи. Изучив поведение дельфинов и китов, которые могут проявлять чувства по…

Нейронауки в Science Nature. Выпуск 128: мозжечок «открылся» с новой стороны

Ученые сумели выявить прямую связь между мозжечком и частью среднего мозга, отвечающей за наслаждение. Выяснилось, что контакт между ними осуществляется напрямую, а не через кору…

Нейронауки в Science и Nature, выпуск 90. Как свернулся гиппокамп у черепахи

Кора головного мозга млекопитающих, как известно, включает шесть нейронных слоев – так называемый неокортекс. Cильнее всего он развит у человека. Однако более древние и простые…

Нейронауки в Science и Nature, выпуск 91. Окно в гиппокамп позволило увидеть, как мозг запоминает пройденный путь

Учёные из Средиземноморского института нейробиологии, входящего во французский Институт исследовательской медицины (INSERM) совершили очень интересное открытие. Судя по всему, им удалось воочию увидеть, как мозг…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 115: магнитно-резонансная томография — игра на повышение

Куда движется отрасль современной нейровизуализации? Конечно, в сторону магнитно-резонансной томографии. Ни один другой метод диагностики не позволяет столь контрастно и детально зафиксировать как внутреннее строение…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 100. Нейростарости: растворимые сенсоры в мозге

Ученые из Медицинской школы Университета штата Вашингтон в Сент-Луисе и инженеры из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейне в 2016 году создали датчики, которые нейрохирурги смогут имплантировать…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 101: структура «главного тормозного рецептора» с атомным разрешением

Быстрое торможение нервных импульсов в нашем мозге осуществляется при помощи специального «тормозного» нейромедиатора, гамма-аминомасляной кислоты (GABA или ГАМК). Основной рецептор ГАМК – это так называемый…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 106: нервная система у растений?

Считается, что специализированная нервная ткань, позволяющая проводить электрические сигналы по всему телу, есть только у животных. Ключевую роль в передаче электрических сигналов играют маленькие молекулы…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 107: как выключить боль от прикосновений?

Нейропатическая боль – хронический, трудно поддающийся лечению синдром, при котором даже легкое прикосновение приносит больным невыносимое страдание. Ученые из детского госпиталя в Бостоне и Национального…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 108: как и зачем в мозге работает подавление шума

В наш мозг встроена функция, позволяющая нам игнорировать повторяющиеся звуковые стимулы, как на примере мышей выяснили исследователи из из Медицинской школы Университета Дьюка и Нью-Йоркского…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 109. Человеческие «нейроны Дауна» в мозге мыши

Исследователи из Имперского колледжа Лондона и Кембриджского университета впервые наблюдали за тем, как растут нейроны и образуются связи между ними после переноса клеток из мозга…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 110: как развивается цветовое зрение (видео)

Большинство исследований, предметом которых было развитие зрения, проводились на модельных животных: мышах и рыбках данио рерио. Только вот основное их отличие от человека состоит в…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 114: пациентов с параличом конечностей снова научили ходить

Крайне воодушевляющие новости нейрореабилитации поступили из Швейцарии: пациенты с хроническим параличом нижних конечностей, сохраняющимся в течение нескольких лет, благодаря точечной электрической стимуляции спинного мозга научились…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 113: как мозг решает, на что обратить внимание?

Биологи из Стэнфорда сообщают в Science о том, что им удалось показать, как мозгу удается вычленить важную информацию в окружающей среде и с ее помощью планировать…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 116: от криоэлектронной микроскопии до синдрома раздражённого кишечника

Американские молекулярные биологи впервые получили трехмерную структуру активированного рецептора серотонина (3А), что позволит создать более эффективные препараты против синдрома раздраженного кишечника и облегчить побочные эффекты…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 117: расшифровка нейронных контуров

Каждое наше действие происходит поэтапно: сначала его надо спланировать, а потом выполнить. Но как связаны нейроны в этом простом, на первый взгляд, контуре? Долгое время…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 118: карта работы генов клеток мозга и новые нейроны

Нейробиологи разработали классификацию генетической экспрессии типов клеток головного мозга мыши и воспользовались ей, чтобы выявить два новых типа нейронов, участвующих в движении. Обе работы –…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 119: изменчивый геном нейронов и болезнь Альцгеймера

В любом учебнике по биологии жирным шрифтом (а иногда ещё и курсивом в придачу) написано, что генетический материал всех клеток многоклеточного организма одинаков, а различия…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 120: как меняется мозг при депрессии и зависимостях

Учёные из Медицинской школы Мэрилендского университета выявили изменения в системе вознаграждения мозга, связанные с депрессией. О своем открытии они рассказали в статье в журнале Nature…

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 121: органоиды мозга как модель для понимания генетики аутизма

Сегодня на портале Neuronovosti.Ru – смешение жанров. С одной стороны, рассказ пойдет о свежайшей статье в Science, новый номер которого посвящен нейронаукам, а с другой…