豬，死後“復活”
本文來自微信公眾號：深究科學（ID：deepscience），作者：李曉韋，編輯：常春藤，原文標題：《“復活”豬腦後的又一突破！Nature最新論文：新技術讓豬“死而復生”》，頭圖來自：圖蟲創意
2019年，一羣耶魯大學的科學家曾用一種名為BrainEx的技術打破了世界對“死亡”的認知。
這種叫BrainEx的系統讓豬在死亡4小時後，大腦成功“復活”，並維持了6小時。
消息一出，舉世震驚，而當時模糊生死邊界的神經科學家內納德·賽斯坦（Nenad Sestan），在三年後的今天又成功地把BrainEx的升級版OrganEX帶到我們眼前。
內納德·賽斯坦（NenadSestan）
這一次，他要復活的是整個豬身體的循環系統。OrganEx到底為什麼會這麼神奇？
一、恢復豬全身細胞和重要器官的功能
如果沒有氧氣，哺乳動物的細胞會很快地死亡。但矛盾的地方在於，給被剝奪氧氣的細胞恢復氧氣也會導致壓力和損傷——這種現象被科學家稱為再灌注或再氧合損傷。
為了解決這個問題，科學家在再灌注技術領域奮鬥了多年。8月4日，耶魯大學的賽斯坦團隊根據三年前的BrainEX系統升級打造出了OrganEX系統，對心臟驟停的豬再次動了手，這一次他們試圖“復活”豬全身的重要器官。
OrganEx技術和工作流程概述
在這個研究中，研究人員優化了再灌注所需的灌注液，改變了其中所含的冷凍保護劑和抗生素等。他們使用計算機控制的系統將灌注液泵入豬的全身，該系統涉及灌注泵、氧合器和血液透析裝置，能夠保持灌注液中電解質和其他必需分子的穩定水平。
緊接着，研究人員將OrganEx與一種更傳統的心肺替代裝置ECMO進行了功能上的比較，ECMO是一種體外膜氧合系統，能將豬自身的血液攜帶上新鮮的氧氣再泵入體內。
他們讓豬心臟驟停，並在豬死亡後將它們放置了一小時，然後對它們進行了六個小時的全身再循環和再氧合。
灌注方案中的循環和血液/灌注特性
研究表明：
1. ECMO不能完成所有器官的恰當灌注，研究人員發現許多較小的血管已經發生了塌陷；
2. 相比之下，OrganEx系統的使用能達到完全再灌注的效果，同時維持穩定的耗氧量，並且研究人員沒有檢測到典型的缺氧電解質紊亂和異常酸性體液。
他們還對豬的腦、心臟、肺、肝、腎和胰腺組織進行了深入地分析，結果顯示：
1. 與ECMO相比，OrganEx灌注後細胞的破壞減少；
2.OrganEx灌注促進了細胞的修復過程，比如在豬的腎臟細胞中，出現了細胞增殖的現象。
總之，研究人員通過這項研究發現，OrganEx表現出能保存組織完整性、減少細胞死亡、並恢復多個重要器官（如心臟、腦、肝臟和腎臟）中特定的分子和細胞過程，這個方法或有望增加移植器官的可用性，是一個非常有前景的突破。
二、他們曾“復活”過死亡的豬腦
在進行這項研究之前，賽斯坦的小組曾開發了一種名為BrainEx的技術，可以在長達6小時的缺氧後恢復豬腦細胞中某種程度的代謝活動，讓豬腦“復活”。
《自然》雜誌2019年對這項研究的介紹
“復活豬腦”這個神奇構想是怎麼來的？
這個構想來源於20世紀初，科學家試圖通過實驗讓大腦在心臟停止跳動之後還能繼續保持活動，但這件事實施起來比較困難。
有意思的是，之前還有研究表明，人死後很久，從大腦中取出的細胞仍然可以進行正常活動，比如説製造蛋白質。
基於這些發現，賽斯坦有了個大膽的想法——他想要弄清在生命體死亡數小時之後，還能夠讓整個大腦“復活”嗎？
於是他帶領着團隊的小夥伴，到實驗室附近的一家屠宰場購買了32頭豬的豬頭用來做實驗。
在豬死後四小時，豬頭被送進了實驗室，研究人員開始用BrainEx系統進行灌注，向豬的大腦靜脈和動脈中注入冷凍保護性灌注液，這個系統能向腦細胞輸送營養和氧氣來模擬血液的流動。
BrainEx原理圖
在持續灌注6個小時後，豬的大腦皮層細胞死亡數目與對照組相比減少了，細胞仍可以發揮一些功能，某種程度上讓豬“起死回生”了。
而完成了這一系列實驗的賽斯坦並沒有停下研究的腳步，三年後的今天又成功“復活”了豬體內的部分器官和細胞功能。
三、OrganEx的未來：治療疾病、保護待移植器官
從賽斯坦第一次“復活”豬腦的時候，倫理問題就從未離開過他的研究。我們不禁疑惑，大腦和身體的部分機能可以恢復，是不是意味着我們能被“復活”或者説死亡的定義將被推翻？
針對上述問題，這項研究的共同作者，耶魯大學神經科學研究科學家Zvonimir Vrselja在一次採訪中表示：
“在實驗期間的任何時候，我們都沒有觀察到與感知、意識或意識相關的有組織的電活動，臨牀上嚴格來説，這不是一個活的大腦，但它是一個細胞活躍的大腦。”
因此，即便是研究人員成功恢復了豬全身的部分重要器官（如心臟、腦、肝臟和腎臟）中特定的分子和細胞過程，也不算是讓豬活了過來。但不可否認的是，OrganEx這項技術的出現，或許能夠改變一些涉及到心臟等重要器官的疾病的治療現狀。
左圖是活豬的肝臟和腎臟細胞，右圖是OrganEx系統下的肝臟和腎臟細胞
這項研究的結果揭示了OrganEx和ECMO在動物身體功能（包括細胞死亡和炎症）的基因表達方面存在着顯著差異，説明OrganEx有可能為心臟病發作或中風的人帶來新的治療策略，當然該系統的組件在特定臨牀情況下的安全性仍需要進行研究。
如果我們把眼光再放遠一些，會發現OrganEx在器官移植領域還有可觀的前景。
因此，研究者認為OrganEx系統可能會改善器官供體的現有灌注方法和效果，這在器官移植領域無疑是一個很好的消息，能夠一定程度上改變供體緊缺的情況。
參考資料
1.Improvedorgan recovery after oxygen deprivation. Nature News & views.
2.Cellularrecovery after prolonged warm ischaemia of the whole body（www.nature.com）
3.Pig's brainbrought back to life， sort of， Yale scientists say（usatoday.com）
4.Disembodied pigbrains revived: Your questions answered (nature.com)
本文來自微信公眾號：深究科學（ID：deepscience），作者：李曉韋