Grąžinti iš anapus. Kaip mokslininkui pavyko atgaivinti mirusias smegenis ir ką tai reiškia

Prieš kelis metus ši idėja Yale'io universiteto medicinos mokyklos neuromokslų, lyginamosios medicinos, psichiatrijos ir genetikos profesoriui Nenadui Sestanui pasirodė tokia beprotiška, kad nepasidalino ja su niekuo, netgi su šeima. Pernai ši, visų mokslo leidinių puslapiuose pasirodžiusi idėja išgarsino jį visame pasaulyje. Idėja buvo žuvusių smegenų atgaivinimas.

Žinduolių smegenis tyrinėjantys mokslininkai žino, kad galima kultivuoti aktyvias ląsteles, paimtas iš smegenų, kurios pagal visus požymius mirusios. Tai galima atlikti su audiniais, kurie laboratorijoje atsidūrė nuo mirties praėjus ir prieš kelioms valandoms, ir parai. „Prisikėlusios“ ląstelės funkcionalumą gali išsaugoti net kelias savaites. Tačiau Sestanas, panašu, buvo pirmasis, kuris pagalvojo: jei galime atkurti atskirų ląstelių aktyvumą, tai kodėl gi nepabandžius atgaivinti viso smegenų audinio, patekusio tyrėjams ant stalo? Apie tai, kaip jam pavyko tai atlikti ir kodėl šis atradimas baugina jį patį, pasakoja New York Times ir Smitsonian Magazine apžvalgininkas Matthew Shaer.

Smegenų „prikėlimo“ kelias – ilgas ir vingiuotas. 2012 metais, kai Sestanas ir du jo Yale'io laboratorijos kolegos pradėjo projektą, jie smegenų audinio gyvenimą galėjo pratęsti vos 6 dienas, o jį laikyti buvo galima tik šaldytuve – vos iš jo ištraukti audiniai kaip mat pradėdavo irti. Tai vykdavo jau kambario temperatūroje – apie 37 °С šilumą, kurioje įpratusios darbuotis tikros smegenys, neverta nė kalbėti.

Kita problema buvo su krauju smegenis pasiekiantis deguonis: mokslininkų tiriamuose plonuose mėginiuose tokia aprūpinimo sistema, akivaizdu, neveikė. Sestanas ilgai nerado šio kliuvinio sprendimo, kol Yale'io universiteto medicinos mokyklos patologijos skyriuje išvydo smegenų perfuzijos aparatą, kuriuo tyrėjai per žuvusių smegenų kraujagysles pompavo maitinantį skystį, apsaugantį organą nuo suirimo, kol jis tiriamas. Tad, mokslininkas pagalvojo: o ką, jei užuot naudojus smegenų audinio nuopjovą, paimti visas smegenis, kuriose kaip konservantą galima panaudoti specialiai sukurtą skystį? „Tai buvo „eureka“ momentas“, – sako Sestanas. Tai tapo visko pradžia.

Mirusiųjų prikėlimas

Vos pradėję perprasti smegenų funkcijas, mokslininkai bandė prikelti žinduolius iš mirusiųjų, ⁠tačiau svarbiausi atradimai buvo padaryti tik XX amžiaus gale. Tyrimai parodė, kad smegenys miršta ne iš karto, o keliais etapais. Šiuos etapus galima atšaukti: pavyzdžiui, yra žinoma, kad neuronų funkcionalumas išlieka dar pusę valandos po to, kai sustoja deguonies ir kraujo tiekimas – o tai reiškia, kad galima „išjungti maitinimą“, o paskui įjungti vėl. Dar tyrėjai išmoko kurti „minismegenis“ – iš kamieninių ląstelių sukurtus organoidus su aktyviais neuronais. Cambridge'o biologams neseniai pavyko „minismegenų“ signalais priversti susitraukti raumenis.

Perfuzija – irg ne nauja technologija. Pirmąją perfuzijos pompą išrado prancūzų chirurgas Alexis Carrel ir jo draugas lakūnas Charles Lindbergh 1935 metais – jie sukūrėagregatą, transplantacijos metu palaikiusį kraujotaką katės skydliaukėje. Dabar operacijos su kūne likusių organų (in vivo) perfuzija medicinos praktikoje atliekamos reguliariai, tačiau perfuzijos ex vivo – atskirai nuo kūno – kur kas sudėtingesnė užduotis, ir Sestanas išsikėlė būtent tokį tikslą.

Aišku, smegenys – ne skydliaukė ir net ne širdis. Norint užtikrinti pomirtinę šio organo perfuziją, viskas turi būti idealiai suderinta, nuo perfuzato tirpalo sudėties iki jo tekėjimo smegenų kraujagyslių labirinto greičio. 2015 metais šio organo perfuzijai Sestanas užsakė specialų aparatą iš Š. Karolinoje įsikūrusios kompanijos BioMedInnovations. Jos sukurtos sistemos CaVESWave palaikė iš skerdyklų gautų kiaulių inkstų, kepenų ir širdžių gyvybę. Ar įranga veiks su smegenimis, nežinojo niekas: kai kurie Sestano kolegos, išgirdę apie sumanymą, pamanė, kad jis pokštauja.

Aparatas turėjo būti sukurtas per pusmetį, ir kol kas Sestano kolegos Zvonimir Vrselja (besispecializuojantis radiologijoje ir smegenų kraujagyslių tyrimuose) ir Stefano G. Daniele (tiria smegenų degeneracinius procesus) eksperimentavo su vienu iš turimų CaVESWave aparatų. Bet kokiems darbams su žmogaus smegenimis reikia gauti daugybę leidimų, o turint omeny tyrimo tikslą, kyla nemenkai etinių klausimų, tad Vrselja ir Daniele keldavosi ketvirtą valandą ryto, ir nuvykę į netoliese esančią skerdyklą, paimdavo iš ten kiaulių galvas ir atveždavo į laboratoriją. Ištyrę 20 smegenų, jie perprato, kaip arterijos siejasi tarpusavyje. Ištyrę 40, – kokias kraujagysles geriau užspausti, kad kraujas tekėtų normaliai.

Smegenys sąmonėje?

Lyginant su originalu, Yale'io universitetui skirtame aparate buvo pakeistas praktiškai kiekvienas jo aspektas, ir galiausiai buvo sukurta netgi ne viena mašina, o tarpusavyje sujungtų agregatų rinkinys. Viena perfuzato tirpalą paduodavo impulsais, kaip širdis; kitas, prieš paduodamas kraują atgal į smegenis, jį filtruodavo, – tai „inkstai“; trečiasis atliko plaučių funkciją, prisotindamas dirbtinį kraują deguonies.

Taip pavyko pasiekti rezultatą, apie kurį mokslininkai tik svajojo. Mikroskopu aktyvias smegenų ląsteles nuo žuvusių atskirti lengva: gyvų, priklausomai nuo tipo ir atliekamų funkcijų, forma skiriasi, tačiau žūdamos jos supanašėja. Todėl 2016-ųjų metų vasarą, kai Sestanas savo laboratorijoje prijungė smegenis jų perfuzijai skirto aparato, jis tiksliai žinojo, ką mato: tai buvo aktyvios smegenų ląstelės po mirties.

Iš pradžių mokslininkai sugebėjo atlikti smegenų perfuziją valandą. Paskui – dvi, tris, o iki 2017 metų – jau 4 valandas. Smegenų būklę jie pradėjo stebėti BIS monitoriumi – ligoninėse naudojamu prietaisu, kuriuo įvertinamas pacientų, kuriems taikoma anestezija, sąmoningumas. Jo skalėje yra šimtas padalų, kur 100 – visiškai sąmoningas gyvas žmogus, o 0 – smegenų elektrinio aktyvumo nebuvimas. Taikant bendrąją nejautrą, kai žmogus praktiškai į jokius stimulus nereaguoja, aparatas rodo nuo 40 iki 60. Kai Sestanas su kolegomis pirmą kartą prijungė BIS monitorių prie perfuzuojamų smegenų, jis parodė 10.

Sestanui ir jo komandai tai tapo etine dilema. Dabar smegenų mirtis – itin diskutuojama sąvoka. Vis daugiau tyrėjų tyrimų rodo, kad daug smegenų traumas patyrusių pacientų, anksčiau laikytų gilioje komoje esančiomis „daržovėmis“, iš tiesų gali komunikuoti. Eksperimentuose naudotų kiaulių mirties faktas nekėlė nė menkiausių abejonių, tačiau BIS rodiklis 10 – tikrai ne nulis. O ką, jei vėliau, nepaisant specialių perfuzato sudėtyje esančių medžiagų, slopinančių elektrinį aktyvumą, gyvūnų smegenyse pasireikš kokios nors sąmonės formos? O ką, jei ta sąmonė kęs begalinę agoniją?

Po bandymų serijos pakviestas elektrokortikografijos – elektrinio aktyvumo matavimo metodas, kai elektrodai prijungiami tiesiai prie smegenų – specialistas paskelbė verdiktą: „spontaniško globalaus aktyvumo“ jis neišvydo ir BIS rodytus elektrinius pėdsakus tikriausiai sukėlė perfuzijos aparatas. Visgi Sestanas buvo įsitikinęs, kad pakeitus perfuzato sudėtį, prietaisai užfiksuotų būtent mirusių smegenų aktyvumą.

Nutekėjimas į spaudą

2017–2018 metais Sestanas apie savo atliekamus eksperimentus pasakojo dviejuose susitikimuose Nacionaliniuose sveikatos institutuose ir Duke'o universitete. Tai nebuvo vieši susirinkimai, tačiau duomenys apie juos žiniasklaidai visgi pateko. 2018 metų balandį straipsnis apie kiaulių smegenų reanimacijos projektą pasirodė MIT Technology Review – jame buvo sakoma, kad genetiko iš Yale'io darbas „gali pakeisti mirties apibrėžimą“. Straipsnis tapo pagrindine mėnesio naujiena ir, savaime suprantama, sukėlė debatus, ar galima atgaivinti smegenis atskirai nuo kūno.

Netgi po to, tų pačių metų balandį, paties Sestano publikuoti rezultatai buvo sukrečiantys. Komandai iš Yale'io pavyko ne tik palaikyti atskirtų nuo kūno smegenų perfuziją 6 valandas, bet ir atstatyti beveik visų organo dalių funkcijas. Kitaip tariant, kiaulių smegenų ląstelės paimdavo deguonį ir gliukozę ir perdirbdavo tai į anglies dvideginį. „Šie atradimai demonstruoja, kad atitinkamomis sąlygomis izoliuotos, nepažeistos žinduolio smegenys turi anksčiau neįvertintą gebėjimą dar ilgai po mirties atkurti mikrocirkuliaciją, molekulinį ir ląstelinį aktyvumą,“ – rašo darbo autoriai.

Kokios buvęs Sestano eksperimentų pasekmės? Tai yra pagrindinis neatsakytas klausimas. Pats mokslininkas, Shaerio iš NYT teigimu, mieliau pasakoja apie tai, kaip pavyko pasiekti rezultatą, o ne svarsto jo pasekmes. Jis pripažįsta, kad teoriškai niekas netrukdo kam nors pasigaminti nuosavą smegenų perfuzijos aparatą (Yale'io komandos darbuose naudotas aparatas laisvai pasiekiamas) ir imtis „prikėlinėti“ žmonių smegenis. Panaudojant šį metodą, būtų galima išbandyti vaistus, jį būtų galima naudoti armijoje.

Pats Sestanas tvirtina neplanuojantis ir nematantis galimybės atlikti bandymų su žmonėmis, – jo nuomone, menkiausia galimybė, kad kartu su elektriniu aktyvumu į smegenis gali grįžti ir sąmonė, tokiems eksperimentams užkerta kelią, jie tiesiog nepateisinami. O kas, jeigu koks milijardierius suras mokslininką, kuriam tokia idėja pasirodys tinkama? Anksčiau daugelio šalių valdžia apribojo žmonių embrionų kamieninių ląstelių tyrimus, diskutuojama apie būtinybę apriboti dirbtinio intelekto ir genetinių tyrimų sferą. Kieno nors smegenų – žmogaus ar gyvūno – „gyvenimo pratęsimo“ srityje kol kas jokių apribojimų nėra.