豬死後4小時，實驗恢復其大腦部分功能...

圖片來源：《Nature》

來自美國耶魯大學科學家，在一頭死後4小時的豬大腦中，恢復了血液循環和細胞活動。這項研究於北京時間4月18日發表在《Nature》上。這一發現對長期以來關於死亡後某些大腦功能停止的時間和不可逆轉性的假設提出了挑戰。

研究對象是一隻從肉類加工廠獲得的死豬，其大腦被分離出來，並用一種特別設計的化學溶液維持其循環。科學家們報告說，他們觀察到了許多基本的細胞功能，這些功能曾被認為是在氧氣和血液停止流動幾秒或幾分鐘後就停止的。

該研究負責人、神經科學、比較醫學、遺傳學和精神病學教授Nenad Sestan說：「大型哺乳動物完整的大腦，在循環停止數小時後仍保留著之前被低估的恢復循環以及某些分子和細胞活動的能力。」

然而，研究人員也強調，治療後的大腦缺乏與正常大腦功能相關的任何可識別的全局腦電活動信號。

研究共同第一作者、神經科學副研究員Zvonimir Vrselja說：「我們在任何時候，都沒有觀察到與感知或意識相關有組織的腦電活動。在臨床上，這不是一個活體大腦，而是一個細胞活躍的大腦。」

大腦內的細胞死亡通常被認為是一個迅速且不可逆轉的過程。由於切斷了氧氣和血液供應，大腦的電活動和意識跡象在幾秒鐘內就會消失，能量儲存在幾分鐘內也會耗盡。目前的觀點認為，一系列損傷和死亡分子隨後被激活，導致廣泛且不可逆轉的退化。

Sestan實驗室的研究重點是大腦發育和進化。研究人員經常小組織樣本中觀察到細胞活力的跡象，即使是在死後多小時採集的組織也是如此。這一次，他們有幸獲得了用於食品生產的豬，以研究這種死後存活能力在完整大腦中的普遍程度。他們在豬死後4小時將其大腦的血管系統連接起來，使用他們稱之為BrainEx的系統循環。這是研究團隊專門開發用以保護腦組織體外脈衝灌注系統，配以基於血紅蛋白、無細胞的、非凝固的、回聲性和細胞保護的灌流液，它能促進缺氧恢復，減少再灌注損傷以及防止水腫，並在代謝上支持大腦的能量需求。隨後，他們發現神經細胞的完整性得到了保留，以及一些神經元、膠質細胞和血管細胞的功能也得以恢復。

大腦海馬CA3區神經元（NeuN;綠色），星形膠質細胞（GFAP;紅色）和細胞核（DAPI，藍色）的免疫熒光染色，死後10小時未灌注（左）或用BrainEx技術灌注（右）圖片來源：Stefano G. Daniele & Zvonimir Vrselja; Sestan Laboratory; Yale School of Medicine

圖片來源：《Nature》

BrainEx系統的誕生可以解決一個常年棘手的問題，因為通常無法使用某些技術來研究完整大型哺乳動物大腦的結構和功能，而這恰恰阻礙了對大腦疾病根源的深入研究，以及在健康和異常條件下的神經元連接。

體外微循環和血管擴張的功能恢復。圖片來源：《Nature》

圖片來源：《Nature》

研究共同第一作者Stefano G. Daniele博士說：「以前，我們只能使用動物原生環境以外的小組織樣本，在靜態或基本上是二維條件下研究大型哺乳動物大腦中的細胞。這是我們第一次能從三維的角度上研究大腦，這大大提高了我們研究複雜腦細胞相互作用和連接的能力。」

研究人員表示，雖然這一進展沒有立即臨床應用，但新的研究平台有朝一日能夠助力醫生找到挽救中風患者腦功能的方法，或者測試針對受傷後細胞恢復新療法的有效性。

該研究主要由美國國立衛生研究院（NIH）BRAIN Initiative資助。NIH國家精神衛生研究所功能神經基因組學主任Andrea Beckel-Mitchener說：「這一系列研究為推動對腦部疾病的理解和治療提供了希望，並可能為研究人死後大腦提供一種全新的方式。」

研究人員表示，目前還不清楚這種方法是否適用於最近去世人類的大腦。使用的化學溶液缺乏人體血液中天然存在的許多成分，例如免疫系統和其他血細胞，這使得實驗系統與正常的生存條件顯著不同。然而研究人員強調，未來任何涉及人類組織的研究，或可能在動物屍體組織中恢復全局電活動的研究，都應該在嚴格的倫理監督下進行。

耶魯大學跨學科生物倫理學中心主任Stephen Latham說：「恢復意識從來都不是這項研究的目的。如果它出現的話，研究人員已經準備使用麻醉劑和減溫來阻止有組織的全局電活動。每個人都事先同意，如果沒有明確的道德標準和機構監督機制，涉及恢復全局腦電活動的實驗就無法進行。「

美國國立衛生研究院臨床中心生物倫理學系主任克里Christine Grady表示，使用Brain Initiative開發的工具來解開腦損傷和疾病的謎團，在倫理上是必要的。她說：「我們有責任與研究人員一起思考並積極主動地解決他們在開啟腦科學新領域時可能遇到的任何潛在的道德問題。」

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