I ett radikalt experiment som har vissa experter som ifrågasätter vad det betyder att vara "levande" har forskare återställt hjärncirkulationen och viss cellaktivitet i grisar hjärnor timmar efter att djuren dog i ett slakteri.
Resultaten, även om de görs hos grisar och inte människor, utmanar den långsiktiga uppfattningen att efter döden genomgår hjärnceller plötsliga och irreversibla skador.
Istället visar resultaten, som publicerades idag (17 april) i tidskriften Nature, att hjärnan hos ett stort däggdjur "behåller en tidigare undervärderad förmåga att återställa" cirkulation och vissa cellulära aktiviteter timmar efter döden, säger studiens författare Nenad Sestan, professor i neurovetenskap, jämförande medicin, genetik och psykiatri vid Yale School of Medicine i New Haven.
"Den viktigaste implikationen av detta konstaterande är att ... celldöd i hjärnan inträffar över ett längre tidsfönster som vi tidigare trodde," sade Sestan under en nyhetskonferens igår. Snarare än att hända under några sekunder eller minuter efter döden, "visar vi att ... en gradvis, stegvis process", och att celldödsprocesserna i vissa fall kan skjutas upp eller till och med vändas, sade Sestan.
Fortfarande betonade forskarna att de inte observerade någon form av aktivitet i grisarnas hjärnor som skulle behövas för normal hjärnfunktion eller saker som medvetenhet eller medvetande. "Detta är inte en levande hjärna," sade Sestan. "Men det är en cellulär aktiv hjärna."
Arbetet skulle kunna ge forskare nya sätt att studera hjärnan och låta dem undersöka funktioner i hela, intakt hjärna på ett sätt som inte har varit möjligt förut. Detta i sin tur kan hjälpa forskare att bättre förstå hjärtsjukdomar eller effekterna av hjärnskada, sade forskarna.
Även om den aktuella studien gjordes på grisar och inte hos människor, är grishjärnor större och mänskligt liknande jämfört med gnagarehjärnor.
"BrainEx"
I studien utvecklade forskarna ett nytt system för att studera intakta hjärnor efter postmortem, kallad BrainEx. Det är ett nätverk av pumpar som rör en syntetisk lösning - en ersättning för blod - i hjärnans artärer vid en normal kroppstemperatur.
Med hjälp av BrainEx studerade forskarna 32 svinhjärnor efter mort som erhölls från en anläggning för bearbetning av griskött (som annars skulle ha kasserats). Hjärnorna placerades i BrainEx-systemet 4 timmar efter grisens död och tilläts "perfusera" med det syntetiska blodersättningen i 6 timmar.
Under denna tid bevarade BrainEx-systemet inte bara hjärncellstrukturen och minskade celldöd utan också återställd viss cellaktivitet. Till exempel var vissa celler metaboliskt aktiva, vilket betyder att de använde glukos och syre och producerade koldioxid. Andra celler reagerade med ett inflammatoriskt svar när de stimulerades med vissa molekyler.
Däremot sönderdelades "kontroll" -hjärnor som inte behandlades med BrainEx snabbt.
"Vi kan se dramatiska skillnader mellan hjärnan vi behandlar med vår teknik" och kontrollhjärnor, sade Sestan.
Etiska problem
Neel Singhal, biträdande professor i neurologi vid University of California, San Francisco, som inte var involverad i studien, sa att arbetet var "tankeväckande" på grund av några av de etiska frågor som tagits upp. Till exempel, även om forskare är långt ifrån att kunna återställa hjärnfunktionen hos personer med allvarliga hjärnskador, om viss återställning av hjärnaktiviteten är möjlig, "måste vi ändra vår definition av hjärndöd," berättade Singhal till Live Science .
Forskarna såg inga tecken på medvetande, och detta var inte heller ett mål för forskningen. I själva verket inkluderade den syntetiska blodlösningen flera kemikalier som blockerar nervaktivitet, den typ av aktivitet som skulle behövas för medvetandet.
Dessutom, om någon typ av organiserad elektrisk aktivitet - den typ som behövs för medvetande - hade dykt upp, var forskarna beredda att vidta åtgärder för att stoppa den aktiviteten genom att använda anestesi och sänka hjärnstemperaturen, säger studiens medförfattare Stephen Latham, chef för Yales Tvärvetenskapligt centrum för bioetik. Med andra ord avslutande av experimentet om detta inträffade.
I en kommentar som publicerades vid sidan av studien begärde Nita Farahany, professor i lagandefilosofi vid Duke University, och kollegor efter fler riktlinjer kring de etiska frågor som studien tagit upp, som de säger "ifrågasätter långvariga antaganden om vad som gör en djur - eller en människa - levande. "
Sådana frågor inkluderar hur man kan upptäcka medvetande till att börja med och hur länge system som BrainEx bör tillåtas köras.
Framtida arbete
Eftersom studien endast varade i 6 timmar behövs mer forskning för att veta om BrainEx kan bevara hjärnor längre än den här gången.
Dessutom återstår många frågor om hur denna modell liknar hjärnmiljön. Systemet använder inte riktigt blod, och hjärnan badas inte i vätska eftersom det är inuti skallen, sade Singhal.
Men om systemet kan användas i framtida hjärnforskning, kan detta "leda till ett helt nytt sätt att studera hjärnan efter dödlighet", Andrea Beckel-Mitchener, teamledaren vid National Institute of Health's BRAIN Initiative, som medfinansierade forskning, sade i ett uttalande. "Den nya tekniken öppnar möjligheter att undersöka komplexa cell- och kretsanslutningar och funktioner som går förlorade när prover bevaras på andra sätt," sa Beckel-Mitchener. Arbetet kan också stimulera forskning om sätt att främja hjärnåterhämtning efter förlust av blodflöde till hjärnan, till exempel under en hjärtattack.
Ändå kom studien inte nära att kunna återuppliva en hjärna, gris eller människa efter döden. "I själva verket, när hjärnan tappar cirkulationen, är det som en väldigt komplicerad byggnad som bara smälter i en miljon bitar," sade Singhal. Det nya arbetet antyder att denna metod "kan återställa en del av grunden" men det finns fortfarande hjärnans katedral som ska byggas ovanpå denna grund, sade han.
