Nature重磅:起死回生!首次实现死亡后的全身性多器官恢复

发布时间:2022-08-04 15:02:30
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在自然界中,大多数的生物都需要氧气才能存活。对于哺乳动物而言,氧气更是至关重要,如果没有氧气,哺乳动物的细胞(尤其是脑细胞)就会迅速死亡。矛盾的是,在细胞缺氧一段时间后将氧气恢复,也会对其造成损伤,这一现象被称为缺血-再灌注损伤。

事实上,虽然日常生活中氧气无处不在,但缺氧却随时可能发生,中风、心脏病发作或呼吸停止都会导致组织器官缺氧。过去的几十年以来,科学家们一直在寻找保护组织器官免受缺血-再灌注损伤的有害影响。

2022年8月3日,美国耶鲁大学医学院 Nenad Sestan 教授团队在 Nature 上发表了题为:Cellular recovery after prolonged warm ischaemia of the whole body(全身长时间热缺血后的细胞恢复)的研究论文【1】。

该研究开发了一种名为 OrgnEx 的系统,在心脏停止跳动一小时后的死亡的猪身上测试了该系统,可以让氧气在猪体内循环,能保留组织完整性,减少了细胞死亡并恢复多个重要器官的特定分子和细胞过程,还能恢复整个身体的循环。

当心脏停止跳动后,器官会开始肿胀,血管塌陷、血液循环停止,然而,经过 OrgnEx 系统6小时的治疗后,已心跳停止的死亡的猪的血液循环恢复了,多个器官在细胞和组织水平上表现出功能活性,甚至在显微镜下都难以区分健康器官和死亡后用 OrgnEx 系统治疗的器官。

这些发现强调了一个过去未能充分认识的哺乳动物身体能力,即在血流中断后可以部分恢复,这可能有助于延长手术期间人体器官的健康,还可用于保存组织器官,增加移植器官的可用性。


 
血液循环是组织器官的链接纽带,血管就像一张错综复杂的网遍布全身,将营养物质和氧气输送到身体的各个部位。当血液循环停止,营养物质和氧气的缺乏就会导致细胞死亡和器官损伤。

在此之前,Nenad Sestan 教授团队已经创造了一种支持系统——BrainEx,它可以在猪死亡后数小时后延缓脑细胞的死亡速度,并恢复了包括海马体在内的部分神经活动【2】。这些结果表明,保护和恢复单个器官的活性是完全可以做到的。然而,若是要把这些干预手段扩展到全身水平却很有难度。


在这项最新研究中,Nenad Sestan 教授基于 BrainEx 开发了全身性保护系统——OrgnEx。它可以与死亡动物的循环系统相连,泵入液体中所含的因子能够抵消血液循环停止导致的破坏性代谢物和电解质失衡。研究团队在心跳停止1小时的已死亡的猪身上测试了这一系统,并将之与更传统的恢复循环系统——体外膜氧合系统(ECMO)进行了比较。

研究结果显示,OrganEx 能很好地保存组织完整性,减少细胞死亡,并恢复多个重要器官(如心脏、脑、肝脏和肾脏)中特定的分子和细胞过程。与 ECMO 相比,用 OrganEx 处理的器官较少出现出血和组织肿胀,并且没有检测到典型的缺氧导致的电解质紊乱和异常酸性的体液。

此外,对脑、心、肺、肝、肾和胰腺组织的深度分析显示,与 ECMO 相比,OrganEx 灌注后细胞破坏更少,并可以观察到器官特异和细胞类型特异的基因表达模式,表明身体发生了修复过程。研究人员甚至还发现了 OrganEx 灌注的猪肾脏中细胞增殖的证据。

Nenad Sestan 教授表示,还需要进一步探索和开发才能深入了解 OrganEx 系统在动物死亡后恢复细胞和血液循环的潜力。

更重要的是,从这些研究结果来看,OrganEx 能在正常体温下很好地维持已死亡个体的组织器官,这意味着 OrganEx 完全可以作为一种供体器官的保存装置,尤其是那些对缺氧耐受性较低的器官。这一器官保存策略或将可以减少捐献器官的损耗,从而改善全球供体短缺的现状。

总而言之,这项研究表明,即使已死亡动物的循环系统已经中断,但我们仍可以通过OrganEx技术等干预手段将其部分恢复,延缓组织器官的“衰亡”速度,这些发现这可以增加移植器官的可利用性。 

来源:生物世界