Czy mózg świni może funkcjonować poza ciałem? FlowChoice to wyjątkowe urządzenie izolacyjne, które pokazuje, że może. Zapewnia ono możliwość utrzymania mózgu przy życiu, niezależnie od ciała. Urządzenie przeszło pomyślnie testy modelu na mózgu świń. Badania opierały się na wcześniejszych analizach aktywności neuronalnej zwierząt jako analogicznych do ludzkich mózgów. Ujawniono, że po przekierowaniu przepływu krwi mózgu za pomocą zaawansowanej pompy z algorytmem sterowania, aktywność mózgu utrzymywała się na stałym poziomie przez pięciogodzinny okres badawczy. Co to oznacza dla ludzi?
Spis treści
Mózg jako niepodważalne centrum naszej egzystencji
Mózg uznawany jest za najważniejszy organ w ludzkim ciele. Oczywiście można się kłócić, że serce jest też całkiem przydatne, ale bez mózgu nie bylibyśmy istotami świadomymi. To nie tylko centrum dowodzenia, kontrolujące nasze ruchy i procesy fizjologiczne, ale także centrala naszych myśli, emocji, pamięci i zdolności rozumowania. Mózg pozwala nam się zanurzyć w świecie lotnych idei, intensywnych emocji, pamięci, marzeń i kreatywności, stanowiąc niejednokrotnie inspirację do tworzenia nowych rozwiązań z zakresu przykładowo medycyny.
To centralny układ nerwowy, będący dosłownym centrum dowodzenia wszystkich procesów fizycznych, emocjonalnych i poznawczych. Jego rola w koordynacji działań innych narządów oraz regulacji fundamentalnych funkcji życiowych, takich jak oddychanie, tętno czy temperatura ciała, nadaje mu status niezbędnego „mistrza kontrolera” organizmu. Ponadto to w mózgu znajduje się siedlisko naszej świadomości, pamięci, myśli, emocji i zdolności do podejmowania decyzji. Jego zdolność do adaptacji, uczenia się i tworzenia skomplikowanych połączeń neuronalnych sprawia, że jest niezastąpiony dla naszej zdolności do funkcjonowania w pełni jako istoty ludzkiej. W związku z tym, ochrona i zrozumienie funkcji mózgu mają kluczowe znaczenie dla zapewnienia zdrowia i dobrej kondycji całego organizmu.
A co, jeśli ten wyjątkowy organ może żyć poza ciałem?
Mózg świni „żyje” poza ciałem dzięki FlowChoice
Naukowcy z University of Texas Southwestern Medical Center opracowali urządzenie utrzymujące mózg świni przy życiu i pozwalające na funkcjonowanie oddzielnie od ciała. Testy przeprowadzono na świńskich mózgach, a urządzenie niezmiennie, przez 5 godzin utrzymywało ten organ przy życiu. Taka możliwość otwiera nowe perspektywy w badaniach metabolicznych, farmakologicznych i pozwala na scharakteryzowanie właściwości neuronalnych w izolacji od wpływów z reszty organów. Badanie ukazało się na łamach czasopisma naukowego Scientific Reports.
FlowChoice to inteligentna, sztuczna pompa, pozwalająca na odizolowanie mózgu od reszty ciała. Termin „inteligentna” nie pojawia się tutaj bezpodstawnie, ponieważ jej zadaniem jest dbanie o odpowiednie ukrwienie mózgu. Robi to poprzez naśladowanie prawdziwego krążenia, a więc dostosowuje przepływ do szeregu zmiennych (w tym ciśnienia, objętości, temperatury, poziomu natlenienia i składników odżywczych), a nawet lekko modyfikuje skład krwi. Jest to możliwe dzięki wyjątkowemu algorytmowi, który stale monitoruje m.in. ciśnienie krwi oraz inne, istotne czynniki.
Możliwość „odłączenia” mózgu od ciała dostarcza wątpliwości i obaw. Czy celem urządzenia będzie przeszczepianie mózgów między ludźmi? Naukowcy uspokajają, że nie, choć już przeszczepiano ludziom świńskie serca. Głównym celem tego przełomowego urządzenia jest znaczny postęp w dziedzinie badań neurologicznych.
FlowChoice umożliwi naukowcom szczegółowe badanie, w jaki sposób różne funkcje organizmu, takie jak rytm serca, cykle snu czy oddychanie, są koordynowane przez „mistrza kontrolera” ciała. Oddzielenie mózgu od ciała pozwoli zgłębić wpływ różnych czynników, takich jak poziom cukru we krwi czy natlenienie, na te funkcje.
Ta nowatorska metoda umożliwia badania skoncentrowane na mózgu niezależnie od ciała, co pozwala nam odpowiadać na pytania fizjologiczne w sposób, który dotąd nie był możliwy.
Dr Juan Pascual, główny autor badania, Eugene McDemott Center for Human Growth and Development, University of Texas Southwestern, cytowany w uczelnianym artykule.
Do czego służy urządzenie FlowChoice?
Jak wyjaśnia dr Juan Pascual do tej pory oddzielenie mózgu od ciała nie było możliwe. W przypadku zaś FlowChoice możliwe jest to przez kilka godzin. Przetestowane na mózgu świń urządzenie to oferuje potencjalne rewolucje w badaniach neurologicznych, umożliwiając naukowcom nowe metody badania mózgu ludzkiego bez wpływu innych funkcji organizmu.
Takie manipulowanie sygnałami wejściowymi pozwoli lepiej zrozumieć, w jaki sposób docierające sygnały wpływają na funkcjonowanie mózgu, bez wpływu organizmu. Naukowcy z dr Pascualem na czele wykorzystali ten system, aby zbadać i zrozumieć skutki hipoglikemii, czyli niskiego poziomu cukru we krwi. Hipoglikemia stanowi najczęstsze powikłanie po cukrzycy, stąd konieczność badań.
Choć badacze są w stanie wywołać to powikłanie poprzez dostarczenie insuliny lub ograniczenie spożycia pokarmu o zwierząt laboratoryjnych, organizm może w prosty sposób poradzić sobie z dwoma takimi scenariuszami poprzez zmianę metabolizmu, a to już wpływa na mózg. FlowChoice umożliwia badaczom bezpośrednie modyfikowanie zawartości glukozy we krwi pompowanej do mózgu. Naśladowanie pewnych funkcji krwi i serca i dostarczanie natlenionej krwi przez całe ciało pozwala potencjalnie zmniejszać skutki uboczne dla mózgu.
To nie pierwszy taki przypadek
W 2018 roku świat obiegła informacja o tym, że naukowcom z Yale University udało się utrzymać mózg świni poza ciałem przez 36 godzin. W tym przypadku badacze uzyskali organy… z rzeźni. Udało się jednak przywrócić krążenie, udowadniając przy tym, że miliardy komórek mózgu są zdolne do aktywności nawet po śmierci. O dokonaniach amerykańskich naukowców napisał MIT Technological Review.
W przypadku tych badań celem naukowców było zrozumienie powiązań występujących pomiędzy poszczególnymi rejonami mózgu. Zapowiadano możliwość powtórzenia eksperymentu, tym razem z wykorzystaniem ludzkich organów. Do tej pory nie zostały one zrealizowane. Wśród potencjalnych przyczyn można z pewnością wymienić kwestie etyczne, które podnoszono również podczas spotkania w National Institutes of Health.
Czy udało się przywrócić świadomość?
Neurobiolog Nenad Siestan, który kierował wówczas badaniami, przyznał, że nie uzyskano dowodów na przywrócenie świadomości. Opracowany system przywracania mikrokrążenia BrainEx, pozwolił jednak na zaobserwowanie ożywienia komórek, a przynajmniej znacznej jej części.
Proces przywracania mikrokrążenia za pomocą systemu BrainEx polegał na zastosowaniu szeregu pętli rur i zbiorników. Te elementy zapewniały cyrkulację specjalnego płynu, dostarczając również tlen różnych do obszarów mózgu takich jak jego pień, tętnica móżdżku lub naczyń krwionośnych. Badacze twierdzili wówczas, że system może być zastosowany analogicznie u innych gatunków, w tym naczelnych. W trakcie eksperymentu utrzymywano mózgi bez konieczności zastosowania niskich temperatur, co stanowiło nowatorskie podejście w porównaniu do wcześniejszych prób na gryzoniach.
Naukowcy korzystali również z aparatury EEG do monitorowania aktywności elektrycznej mózgów, jednak nie zaobserwowano istotnych sygnałów, a wykryte sygnały okazały się być „szumem” generowanym przez pobliskie urządzenia. Mózgi świń dostarczane były do laboratorium kilka godzin po śmierci zwierząt, co mogło wpływać na rezultaty eksperymentu, jak również użyto różnych środków chemicznych w celu powstrzymania opuchlizny.
Chociaż BrainEx wywołuje kontrowersje, niektórzy eksperci podkreślają, że mimo potencjalnych uszkodzeń, jeśli komórki są żywe, to można traktować mózg jako żywy organ. Organy wytwarzały bowiem fale mózgowe, odpowiadające kondycji mózgu w stanie śpiączki. Jak wspomnieliśmy technologia ta wzbudza poważne pytania natury etycznej, zwłaszcza w kontekście możliwości przyszłego stosowania w doświadczeniach i testowaniu terapii przeciwnowotworowych czy leczenia chorób neurodegeneracyjnych.
Źródło: UT Southwestern Medical Center, MIT Technology Review, obraz otwierający: wygenerowany w DALL-E.