Während die Schweine in keiner Weise wiederbelebt wurden, hatten sie eine signifikante Zellfunktion in ihrem Gehirn, die Stunden nach ihrem Tod wiederhergestellt wurde.
Wikimedia CommonsProessor Sestan und sein Team testeten insgesamt 300 Schweine und verwendeten schließlich 32 Schweinehirne für das abschließende Experiment.
Wenn das Herz aufhört, sauerstoffhaltiges Blut in das Gehirn zu pumpen, beginnt der Körper zu sterben. Dies gilt für alle Säugetiere einschließlich Schweine. Aus diesem Grund war der jüngste Erfolg von Professor Nenad Sestan von der Yale University bei der Wiederherstellung der partiellen Gehirnfunktion im Gehirn toter Schweine eine so erstaunliche Leistung.
Laut der Pressemitteilung der Yale University über Eureka Alert konnte Professor Sestan vier Stunden nach seinem Tod die Durchblutung und Zellaktivität im Gehirn eines Schweins wiederherstellen.
"Wir haben festgestellt, dass die Gewebe- und Zellstruktur erhalten bleibt und der Zelltod verringert wird", sagte Sestan. „Außerdem wurden einige molekulare und zelluläre Funktionen wiederhergestellt. Dies ist kein lebendes Gehirn, aber es ist ein zellulär aktives Gehirn. “
Die Angiographie eines Schweinehirns, das dem BrainEx-System von Professor Sestan unterzogen wird.Natürlich ist der Zelltod nicht sofort und es kann einige Stunden dauern, bis alle Zellen nach Ablauf des Tieres dauerhaft abgeschaltet sind. In Professor Sestans Experiment wurden jedoch sogar zelluläre Funktionen beobachtet, von denen angenommen wurde, dass sie innerhalb von Minuten nach Beendigung der Sauerstoffversorgung aufgehört hatten, zu ihrer normalen Funktion zurückzukehren. Die Forschung hat neue Erkenntnisse darüber gewonnen, wie zeitempfindlich oder irreversibel das Stoppen von Gehirnfunktionen tatsächlich ist.
Die Unterscheidung zwischen zellulärer Aktivität und Bewusstsein ist hier jedoch entscheidend. Es wurde weder ein Bewusstsein für die Umgebung noch eine Gehirnfunktion auf hoher Ebene festgestellt. Teammitglied Zvonimir Vrselja erklärte, dass „die Art der organisierten elektrischen Aktivität, die mit Wahrnehmung, Bewusstsein oder Bewusstsein verbunden ist“, zu keinem Zeitpunkt beobachtet wurde. Die Neuronaktivität im Hippocampus sowie die Durchblutung, die Blutgefäßstruktur und die gesunde Entzündungsreaktion waren es jedoch mit Sicherheit. Allein diese Faktoren machen dies zu einer bemerkenswert bedeutenden Leistung.
Die in Nature veröffentlichte Studie von Professor Sestan beschreibt, wie das Team ein totes Schwein aus einer Fleischverpackungsanlage erhielt und sein Gehirn in einem Bottich isolierte, der eine bestimmte chemische Lösung enthielt. Der Prozess wurde sechs Stunden lang mit ziemlich vielversprechenden Ergebnissen beobachtet.
Die Idee hinter der Studie war es, Gehirnzellen zu untersuchen, während sie wie beabsichtigt im Körper arbeiten. Obwohl Wissenschaftler in der Lage sind, Zellen in einer Petrischale zu beobachten, erklärte Sestan, dass dies einschränkend sei, da „das Problem darin besteht, dass Sie, sobald Sie dies tun, die 3D-Organisation des Gehirns verlieren“.
Daher war der Wissenschaftler daran interessiert, eine Methode zur Untersuchung von Gehirnzellen zu entwickeln, die noch im Gehirn intakt sind. Dies erforderte sechs Jahre Forschung und Entwicklung sowie die Erprobung ihres Ansatzes an rund 300 Schweineköpfen. Die endgültige Version der für dieses Projekt verwendeten Technologie wurde BrainEx genannt.
Nenad Sestan et. al / Yale School of MedicineEine Illustration des BrainEx-Perfusionssystems und seines experimentellen Arbeitsablaufs.
"Dies war wirklich ein Projekt im Dunkeln", sagte Teammitglied Stefano Daniele. "Wir hatten keine vorgefasste Vorstellung davon, ob dies funktionieren könnte oder nicht."
Das Team verwendete 32 Schweineköpfe, die Daniele und Vrselja im Schlachthof sauber gewaschen hatten. Sie mussten auch sicherstellen, dass das Gewebe vor dem Testen abkühlte. Das Gehirn wurde dann im Labor von den Schweineköpfen entfernt.
Das Team verband dann bestimmte Blutgefäße mit einem Gerät, das sechs Stunden lang eine Mischung speziell formulierter Chemikalien in das Organ pumpte. Eine der Chemikalien war das Anti-Krampf-Medikament Lamotrigin, das die neuronale Aktivität verlangsamt oder blockiert. Dies wurde in die Mischung aufgenommen, weil "die Forscher dachten, dass Gehirnzellen besser erhalten und ihre Funktion besser wiederhergestellt werden könnten, wenn sie nicht aktiv wären."
"Dies ist ein echter Durchbruch für die Gehirnforschung", sagte Andrea Beckel-Mitchener vom National Institute of Mental Health. "Es ist ein neues Werkzeug, das die Lücke zwischen neurowissenschaftlicher Grundlagenforschung und klinischer Forschung schließt."
Beckel-Mitchener arbeitet auch mit der BRAIN-Initiative zusammen, die aktiv für die Beschleunigung der neurowissenschaftlichen Forschung gekämpft und die Studie von Professor Sestan teilweise finanziert hat. Um klar zu sein, versuchte dieses Experiment in keiner Weise, das Bewusstsein wiederherzustellen - obwohl das Team darüber ziemlich besorgt war.
Stefano G. Daniele / Zvonimir Vrselja / Sestan Laboratory / Yale School of Medicine Die Hippocampus-G3-Region eines Schweinehirns wurde 10 Stunden lang unbehandelt gelassen (links) und das BrainEx-Gegenstück (rechts). Neuronen sind grün.
"Es war etwas, worüber sich die Forscher aktiv Sorgen machten", sagte Stephen Latham, ein Bioethiker aus Yale, der an dem Projekt arbeitete. "Und der Grund ist, dass sie kein Experiment durchführen wollten, das die ethischen Fragen aufwirft, die aufgeworfen würden, wenn das Bewusstsein in diesem Gehirn hervorgerufen würde, ohne zuerst eine ernsthafte ethische Anleitung zu erhalten."
Diese ethischen Bedenken standen jedoch am Ende dieser Studie im Vordergrund der Gedanken anderer. Laut NPR ist Nita Farahany von der Duke Law School, die sich mit der Ethik neuer Technologien befasst, sowohl verlockt als auch besorgt über die möglichen Auswirkungen dieses Projekts.
"Es war umwerfend", sagte sie. „Meine erste Reaktion war ziemlich schockiert. Es ist eine bahnbrechende Entdeckung, aber es ändert auch grundlegend viele der bestehenden Überzeugungen in den Neurowissenschaften über den irreversiblen Verlust von Gehirnfunktionen, wenn dem Gehirn Sauerstoff entzogen wird. “
Yale School of Medicine Professor Nenad Sestan, MD, PhD.
Der Meilenstein, den Professor Sestan und seine Kollegen hier erreicht haben, ist jedoch vielversprechend für zukünftige Studien zu komplexem zellulärem Verhalten.
"Zum ersten Mal können wir das große Gehirn in drei Dimensionen untersuchen, was unsere Fähigkeit verbessert, komplexe zelluläre Interaktionen und Konnektivität zu untersuchen", fuhr Daniele fort.
Mit einem klareren Verständnis der Funktionsweise dieser komplexen Systeme geht natürlich das Potenzial einher, schwächende Hirnstörungen, von denen Patienten auf der ganzen Welt betroffen sind, zu behandeln oder sogar zu beseitigen. Zumindest Beckel-Mitchener ist zuversichtlich, dass diese Studie Teil dieses Prozesses ist.
Nenad Sestan et. al / Yale School of Medicine „Ex vivo“ (außerhalb eines Organismus) Wiederherstellung der Mikrozirkulation und der vaskulären Dilatationsfunktionalität.
"Diese Forschungsrichtung hofft auf ein besseres Verständnis und eine bessere Behandlung von Hirnstörungen und könnte zu einer völlig neuen Art der Untersuchung des postmortalen menschlichen Gehirns führen", fügte sie hinzu.
So wie es aussieht, konnten Wissenschaftler zum ersten Mal in der Geschichte der Menschheit Stunden nach seinem Tod eine signifikante Zellaktivität im Gehirn eines Säugetiers wiederherstellen. In Bezug auf die wissenschaftliche Leistung ist das an und für sich ein Erfolg - auch wenn die Schweine nicht wirklich wiederbelebt wurden.