Вчені створили систему, підключення до якої мозку великих ссавців дозволяє відновити окремі функції органу і зберігає його структурну цілісність. Успішний експеримент, який тривав шість годин, був проведений зі свинячими мізками через чотири години після смерті. Технологія дає раніше недоступну можливість дослідження низки функцій головного мозку на цілому ізольованому органі. Стаття опублікована в журналі. Автори повідомляли про свої експерименти на зборах етичного комітету Національних інститутів здоров'я США в квітні 2018 року, але тоді подробиці не розголошувалися.
Головний мозок багатьох ссавців високочутливий до відсутності кисню. Після припинення циркуляції (перфузії) крові протягом декількох хвилин у ньому починається процес смерті клітин і пошкодження нервових волокон. Це, а також утворення тромбів у дрібних судинах, заважає вивченню функцій мозку в динаміці, на ізольованому органі. Заморожування і консервація дозволяють лише статичне дослідження.
Ряд спостережень ставить під питання неминучість смерті нервових клітин протягом хвилин і навіть годин після припинення кровообігу і говорить на користь того, що зазначені обмеження для досліджень потенційно можна обійти. Так, вченим вже вдавалося отримати зразки життєздатних клітин і тканин як тварин, так і людини, а також зафіксувати електрофізіологічну активність через тривалий час після смерті. Відомо, що мітохондрії кори головного мозку людини можуть функціонувати 10 годин після смерті. Також через годину повної ішемії у мавп вдавалося відновити електричну активність і роботу нейронів. Описано випадок повного відновлення функцій мозку у людини в умовах зниженої температури після тривалої зупинки серця. І, нарешті, недавні дані показують, що видалення тромбу протягом 16 годин збільшує шанси на хороший результат ішемічного інсульту.
Група вчених під керівництвом Ненада Сестана (Nenad Sestan) з Єльського університету розробила високотехнологічну систему для захисту ізольованого головного мозку від швидкого руйнування, а також розчин для харчування мозку і спеціальну хірургічну процедуру для його виділення. Дослідники показали, що певні функції мозку можуть зберігатися через тривалий час після смерті і існує як мінімум часткова можливість їх відновлення.
Система, яку автори назвали Brain (B), може підтримувати в головному мозку циркуляцію спеціального розчину для перфузії, яка схожа за параметрами з фізіологічною. За допомогою апарату можна проводити перфузію з тиском 20-140 міліметрів ртутного стовпа, частотою 40-180 ударів на хвилину і температурою 3-42 градуси Цельсія. Система забезпечена механізмами для збагачення розчину киснем і очищення від токсинів. Мозок поміщається в сферичну камеру, в якій підтримується відносна вологість 95 відсотків, щоб орган не пересихав і не «купався в рідині». Вчені створили розчин для перфузії на основі гемоглобіну, без клітинних елементів. Для полегшення досліджень до неї були додані ехогенні речовини. Хірургічна процедура, яку розробили автори, полягала у виділенні головного мозку і його судин на рівні вище від довготривалого мозку.
Для експериментів вчені використовували близько трьохсот голів свиней у віці шести-восьми місяців, які вони отримували з м'ясопереробних підприємств. Після налагодження технології в дослідженні використовувалися 32 свинячих мозки. Вчені виділили чотири експериментальні групи: перфузія з контрольною рідиною, перфузія з рідиною B, без перфузії і мізки, досліджені через годину після смерті. Мізки підключали до системи B через чотири години після смерті, час спостереження становив шість годин, відповідно, мозок жив 10 годин після смерті.
Досліджуючи мозок свині перед підключенням до системи, вчені виявили, що специфічні клітинні функції збережені: тканини реагували на фармакологічні та імунологічні проби, відзначалася спонтанна активність синапсів і активний метаболізм за відсутності діяльності мозку. Виходячи з цього, вчені зазначили, що здатність відновлення функцій мозку великих ссавців за певних умов недооцінена.
У мізках, підключених до системи з розчином для перфузії В, зберігалася анатомічна і клітинна структура, судини забезпечували циркуляцію поживного розчину, відновлювалася функція нейроглії, підтримувалися метаболізм тканин і електрична активність нейронів. Вчені виявили, що збереження клітин і волокон у різних відділах мозку відрізнялося. Так, у полі СА1 гіпокампа, особливо чутливому до відсутності кисню, спостерігалися ознаки вакуолізації, пошкодження мембран і цитоплазматичного лізису навіть при дослідженні через годину після смерті. У тканинах мізків, через які пропускали контрольний розчин, спостерігалося швидке руйнування.
Вчені вказують, що за допомогою внутрішньочерепної електроенцефалографії не вдавалося виявити глобальну електричну активність в головному мозку, що говорить про відсутність свідомості і сприйняття.
"Цей напрямок досліджень міг би призвести до появи нового методу посмертного вивчення головного мозку. Нова технологія відкриває можливості вивчати складні взаємодії клітин і мереж нейронів, які втрачаються при інших способах збереження тканин. Також вона могла б стимулювати дослідження з розробки методів відновлення мозку після припинення кровопостачання мозку, наприклад, при інфаркті міокарда ", - повідомила Андреа Бекель-Мітченер (Andrea Beckel-Mitchener), лідер проекту Дослідження мозку шляхом просування інноваційних нейротехнологій (BRAIN Initiative) Національних інститутів здоров'я США в прес-релізі.
У висновках вчені пишуть, що їхня технологія потенційно може допомогти наводити мости між клінічними дослідженнями і теоретичною неврологією. Також вони зазначають, що нові можливості порушують нові етичні питання: потрібні чіткі стандарти, які запобігатимуть ймовірності відновлення свідомості та інших функцій головного мозку, підтримання яких може ненавмисно викликати страждання.
Майже все про методи вивчення тканин головного мозку можна дізнатися з нашого великого матеріалу «З голови геть». Також раніше вчені описали загибель нейронів у головному мозку в результаті того, що клітини мікроглії не справлялися усуненням нейронів, які загинули раніше. У 2017 році лікарі розповіли, як змогли частково відновити свідомість людини, яка провела 15 років у вегетативному стані, але промовчали про його швидку загибель, не пов'язану з лікуванням. Крім того, нам тепер відома формула хорошої смерті: дотримання побажань вмираючого, безболісність та емоційне благополуччя.