Prasečí mozky částečně oživené několik hodin po smrti. Co to znamená pro lidi?

Při pokusu, který zajisté rozpoutá etickou a filozofickou debatu, dokázal nový systém obnovit krevní oběh a proudění kyslíku do mrtvého mozku savce.

Konzervovaný prasečí mozek. Výzkumníci, kteří použili mozky živočichů zabitých na potravu, teď obnovili některé buněčné funkce v prasečích mozcích několik hodin po porážce zvířete, což může nabídnout nový přístup ke studiu a léčbě nemocí a poruch mozku.

Vědci obnovili buněčné funkce u 32 prasečích mozků, které byly několik hodin mrtvé, čímž zvyšují možnosti nových postupů léčby mozkových nemocí – a v základech otřásají stávající definicí mozkové smrti. Letos v dubnu zveřejnil časopis Nature, že výzkumníci z lékařské fakulty Yaleovy univerzity vymysleli systém nazývaný BrainEx, který je zhruba obdobou dialyzačního přístroje a který obnovuje oběh a proudění kyslíku do mrtvého mozku.

Kvůli experimentu výzkumníci žádná zvířata neusmrtili; získali prasečí hlavy z jatek nedaleko New Havenu v Connecticutu poté, co byla prasata poražena na maso. Technicky zůstaly prasečí mozky mrtvé – ošetřené mozky záměrně nevykazovaly žádné známky organizované elektrické nervové aktivity nutné pro vnímání nebo vědomí.

„Podle klinické definice toto není živý mozek,“ říká spoluautor studie Nenad Sestan, neurovědec z lékařské fakulty Yaleovy univerzity.

Nový systém místo toho udržoval mozky v lepším stavu než mozky ponechané samovolnému rozkladu, obnovil funkce jako schopnost přijímat glukózu a kyslík až po dobu šesti hodin. Badatelé tvrdí, že tato technika by mohla významně podpořit výzkum lidského zdraví tím, že poskytne bohaté zkušební zázemí pro studium nemocí a poruch mozku.

MOZEK: ÚVODNÍ LEKCE - Mozek tvoří pouhá dvě procenta lidského těla, přesto zodpovídá za veškeré tělesné funkce. Poznejte jednotlivé části lidského mozku a také jeho unikátní obranné systémy, jakým je například hematoencefalická bariéra.

„Jsme z toho opravdu nadšeni jakožto z platformy, jež by nám mohla pomoci lépe pochopit, jak léčit lidi, kteří prodělali srdeční infarkt a krev jim přestala normálně proudit do mozku,“ říká Khara Ramosová, ředitelka Programu neuroetiky amerického Národního institutu neurologických poruch a cévních mozkových příhod. „Skutečně to rozšiřuje naši schopnost studovat buňky v existujícím vzájemném spojení tímto trojrozměrným, rozsáhlým a složitým způsobem.“

I přesto tento objev nastoluje závažné etické otázky, což je debata, kterou sami výzkumníci vítají.

„Tohle je mimořádný a velice slibný průlom v neurovědě. Bezprostředně nabízí mnohem lepší model pro studium lidského mozku, což je obzvlášť důležité vzhledem k tomu, v jak velkém rozsahu lidé trpí duševními poruchami a chorobami mozku,“ říká Nita Farahanyová, bioetička z právnické fakulty Dukeovy univerzity, která napsala komentář ke studii pro časopis Nature.

„Zároveň rozporuje spoustu základních předpokladů, které jsme v neurovědě měli, jako například to, že jakmile ustane přísun kyslíku do mozku, znamená to nezvratnou cestu k smrti organismu,“ dodává. „Ukazuje se, že to není pravda – a protože to není pravda, vyvstávají v důsledku toho některé dost závažné etické a právní problémy.“

Definování smrti

Smrt je konečná, ale počet skutečně nezvratných medicínských konců se postupem času snížil. Po tisíciletí byli lidé považováni za mrtvé, když přestali dýchat a jejich srdce přestala tlouct. Ale pak zasáhla moderní medicína. Vynálezy mechanických zařízení umožnily selhávajícím tělům udržet se naživu déle a desítky let pokroku v kardiochirurgii a transplantacích znamenají, že dokonce ani zástava srdce nemusí nutně představovat konec.

Mozek však zůstává náročným pacientem. Mozky savců podobné těm našim jsou vysoce výkonné stroje, vyžadující konstantní přísun okysličené krve, aby mohly pracovat naplno. Pokud se proudění krve přeruší, ztrácíme sotva po pár sekundách vědomí. Během pěti minut se mozkové zásoby životně důležitých molekul jako glukóza a ATP – univerzální tělesná měna pro chemickou energii – vyčerpají.

Mozek pak vstoupí do spirály smrti, kterou až dosud vědci považovali za nezvratnou: zcela se naruší choulostivé chemické procesy v nervových buňkách, hromadící se oxid uhličitý okyselí krev v mozku a průsaky silného neurotransmiteru zvaného glutamát se rychle stávají toxickými. Brzy poté se aktivují enzymy, které rozkládají nervovou tkáň, a menší mozkové struktury a cévy se trhají a rozpadají.

Čím víc výzkumníci tomuto procesu rozumějí, tím víc ho začleňují do definice smrti samé. V roce 1968 kolegium lékařů sezvané Harvardskou univerzitou předložilo základní definici „nezvratného kómatu“, které dnes nazýváme „mozkovou smrtí“: naprostá absence vnímání, neschopnost dýchat bez vnější pomoci, naprostá ztráta reflexů a žádné známky větší elektrické aktivity v mozku. Nyní Americká akademie neurologie udržuje kontrolní seznam, který kliničtí lékaři používají k rozhodnutí o mozkové smrti u pacientů.

Existují však náznaky vypovídající o větší odolnosti mozku. Některé části mozkových buněk, jako třeba mitochondrie zpracovávající chemickou energii, stále fungují až deset hodin po smrti. U koček a makaků výzkumníci úspěšně obnovili činnost mozku celou hodinu poté, co byl odpojen od přísunu krve, tím, že pečlivě obnovili její oběh. U lidí některé lékařské případové studie popisují mozky, které se zotavily. V roce 2007 zveřejnili výzkumníci zprávu o ženě, která trpěla akutním podchlazením – její tělesná teplota klesla na 18 °C – a plně se neurologicky zotavila.

Fungující, ale bez vědomí

Nenad Sestan a jeho kolegové vedení Zvonimirem Vrseljou a Stefanem Danielem se rozhodli otestovat schopnost obnovy složitého savčího mozku a k tomu vyvinuli systém nazvaný BrainEx.

BrainEx je soustava pump a filtrů řízených počítačem, která vhání vyživující roztok do mrtvého, chirurgicky odkrytého mozku a střídáním proudění roztoku dovnitř a ven simuluje přirozený oběh v těle. Speciální roztok je založený na hemoglobinu, proteinu přenášejícím kyslík v červených krvinkách, a je připravený tak, aby byl viditelný na ultrazvuku, a vědci tak mohli sledovat jeho proudění mozkem. Yaleova univerzita v zastoupení jeho tvůrců nechala tento systém patentovat, ale všechny součásti a procesy BrainEx budou volně dostupné neziskovým a akademickým výzkumníkům.

Tým podnikl opatření, aby zajistil, že mozky žádným způsobem „neprocitnou“, natož aby si uvědomovaly trauma této procedury. Ačkoliv ani jeden z mozků v experimentu nevykázal žádné známky vědomí, výzkumníci byli pro jistotu připraveni provést anestezii a snížit jejich teplotu. Navíc tým přidal do roztoku sloučeniny, které blokují nervovou aktivitu, což zároveň slouží k tomu, že mozkové buňky zůstávají v klidu a to jim poskytuje větší šanci na uzdravení.

„Ve skutečnosti nebylo nikdy cílem výzkumu – a v podstatě to bylo skoro jeho pravým opakem – obnovit vědomí,“ říká spoluautor studie Stephen Latham, ředitel Yaleova interdisciplinárního centra pro bioetiku.

Nejprve tým ověřil, zda BrainEx dokáže obnovit oběh v mozku dokonce i v těch nejmenších krevních vlásečnicích. Dokáže. Výzkumníci také potvrdili, že cévy v mozku byly v natolik dobrém stavu, že se mohly v reakci na medikaci roztáhnout. Následně vědci zkontrolovali, jak dobře systém BrainEx zachoval celkovou strukturu mozkové tkáně. Z převážné části mozky takto ošetřené vypadaly srovnatelně s mozky živých zvířat nebo neošetřenými mozky hodinu po smrti a byly znatelně méně porušené než neošetřené mozky zkoumané deset hodin po smrti.

Ve své nejhlubší podstatě ukazuje diskuze o BrainEx, jak zdokonalení znalostí a zlepšení léčby mění samu definici smrti.

Části mozku, které jsou obzvlášť citlivé na ztrátu kyslíku, jako například hipokampus, se díky BrainEx také dobře zachovaly, stejně jako se uchovaly struktury jednotlivých neuronů. Když výzkumníci monitorovali chemické rozdíly v roztoku proudícím dovnitř a ven, zjistili, že mozek vytváří oxid uhličitý a spotřebovává glukózu a kyslík – což jsou známky obnovujícího se metabolismu v celém mozku.

Přestože výzkumníci zajistili, že experimentální mozky nebudou vyvíjet aktivitu ve větším měřítku, odebrali malé plátky mozkové tkáně, aby otestovali, zda by jednotlivé neurony hipokampu mohly po ošetření stále ještě generovat elektrický impuls. Ukázalo se, že mohly.

„Tento výsledek byl pro mě jakožto praktikujícího neurovědce nejpřekvapivějším aspektem,“ říká ředitel Allenova institutu pro mozkovou vědu Christof Koch, který nebyl do studie zapojený. „Byly stále schopny generovat jehlové impulzy, jež jsou univerzálním výrazem rychlé elektrické komunikace. To znamená, že v zásadě jsou tyto neurony, jak se zdá, schopné nervové aktivity.“

Etika výzkumu na zvířatech

Tým BrainEx si vážně uvědomuje etické důsledky své práce, což je důvod, proč ji několik let konzultoval s předními neurovědci a etiky. Neuroetická pracovní skupina, sdružení odborníků sezvané Iniciativou BRAIN amerického Národního ústavu zdraví (NIH), která výzkum financovala, práci s Nenadem Sestanem konzultovala od roku 2016. Výzkumníci také představili výsledky svého výzkumu na bioetické konferenci na Dukeově univerzitě v roce 2017 a v roce 2018 na workshopu NIH.

„Nejpokrokovější věda potřebuje nejpokrokovější etiku,“ říká Khara Ramosová, která působí jako výkonná tajemnice Neuroetické pracovní skupiny. „Existuje platný, obsáhlý zákonný a politický rámec, který mají námi financovaní vědci dodržovat, ale vývoj a využití nových neurotechnologií od nás mohou vyžadovat posouzení těchto standardů a umožnit těmto standardům se také vyvíjet.“

Tak především, technika nastoluje otázky ohledně etického využití zvířat pro experimenty. V současnosti se uplatňují dva soubory pravidel, jeden pro živá zvířata a druhý pro tkáně mrtvých zvířat, protože živá zvířata mohou pociťovat bolest nebo utrpení. Ale jaká pravidla uplatňovat pro mozky mrtvých zvířat ošetřené postupy BrainEx, zejména pokud existuje možnost, že by mohly částečně znovu procitnout?

„V ochraně zvířecích výzkumných subjektů zeje díra, protože teď už máme tuto částečně oživenou, mírně živoucí kategorii s potenciálem – a prozatím ne plně pochopeným potenciálem – obnovení funkcí,“ říká Nita Farahanyová, rovněž členka Neuroetické pracovní skupiny. „Jestliže se pokoušíte oživit prasečí mozky nebo mozky jiných živočichů, znamená to, že ty se stanou spíš zvířecími výzkumnými subjekty než mrtvou tkání?“

PODÍVEJTE SE: PRASEČÍ PLÍCE FILTRUJÍ V LABORATOŘI LIDSKOU KREV - Zatímco prasečí plíce vdechují a vydechují, filtruje se jejich prostřednictvím krev. Vše probíhá v laboratoři Larse Burdorfa Lékařské fakulty Marylandské univerzity lidská krev.

Odborníci dodávají, že etická směna něco za něco se zde točí kolem schopnosti BrainEx posunout výzkum lidských nemocí – nebo dokonce zachránit lidi před mozkovou smrtí.

„Nemůžeme pro nic za nic, jen kvůli naší zvědavosti, způsobit bolest nebo agónii jiným tvorům, pokud k tomu není velmi pádný motiv a patřičné experimenty,“ říká Christof Koch. „Dá se tohle použít pro záchranu mozků? Nikoli jenom – jéé, zkusme, co se stane.“

Experti také říkají, že etické důsledky BrainEx zasahují až do otázky, která logicky následuje: Fungovalo by to i u lidí? Po technické stránce, dodává, by to nebyl nijak obrovský skok, protože jak prasata, tak i lidé mají velké, komplexně zbrázděné mozky. Ale on i všichni ostatní nezávislí odborníci, které National Geographic kontaktoval, důrazně varovali před posunem k pokusům na lidech.

V ještě širším horizontu by budoucí verze BrainEx mohly zkomplikovat proces dárcovství orgánů, protože se rozostří hranice mozkové smrti, poznamenávají bioetikové z Case Western Reserve University Stuart Youngner a Insoo Hyun v doprovodném komentáři zveřejněném v Nature. Ale Kevin Cmunt, výkonný ředitel organizace Gift of Hope (Dar naděje), jedné z největších sítí dárcovství orgánů ve Spojených státech, nevidí BrainEx jako významné narušení. Říká, že v mnoha případech dárci orgánů, u nichž byla prohlášena mozková smrt, utrpěli ztrátu kyslíku po mnohem delší dobu, než byl příslušný časový úsek při studii, nebo závažné fyzické zranění. (Jiní výzkumníci vytvářejí lidsko-prasečí chiméry, aby rozvinuli možnosti orgánových transplantátů.)

„Myslím, že u převážné většiny dárců s mozkovou smrtí by tento zásah nebyl reálný,“ říká. „Možná existuje malá podmnožina případů, kde by BrainEx mohl ovlivnit příležitost pro dárcovství, ale myslím, že je poměrně malá.“

Pokud se BrainEx skutečně objeví na klinikách, pak, jak dodává Kevin Cmunt, bude zahrnutý do seznamu zákroků prováděných před tím, než je u osoby prohlášena mozková smrt nebo před rozhodnutím o ukončení umělé podpory životních funkcí. Příslib zotavení mozku by dokonce mohl zlepšit proces dárcovství orgánů, protože by od zdravotnických profesionálů vyžadoval ještě větší důraz na udržení krevního oběhu. Potom, pokud by u pacienta byla prohlášena mozková smrt i po ošetření BrainEx, by jeho orgány mohly být pro dárcovství ještě životaschopnější.

„Nevidím to nutně jako nějaký konflikt,“ říká Kevin Cmunt. „Taková ošetření by jistě mohla být součástí lékařské péče, stejně jako jsou její součástí protokoly pro hypotermii a další věci, které se snažíme dělat, aby se zabránilo poškození orgánů a mozku.“

Pouze začátek

Ve své nejhlubší podstatě ukazuje diskuze o BrainEx, jak zdokonalení znalostí a zlepšení léčby mění samu definici smrti.

„Představte si, že stojíte v nemocnici, u vašeho otce byla prohlášena mozková smrt a právě jste si přečetli tento článek. Zeptáte se lékaře: co tedy mozková smrt znamená? Odpoví, že to je nezvratná ztráta mozkových funkcí a vy řeknete: počkejte, tady je takový článek – neznamená to, že co je ‚nezvratné‘ dnes, nemusí být ‚nezvratné‘ zítra?“ říká Christof Koch.

BrainEx vytváří prostor na hranici mezi životem a smrtí, který je ozvěnou sci-fi – a ve své nejděsivější podobě může lidem navodit představu Frankensteina a vyhlídku na oživování mrtvých. Ale Nita Farahanyová upozorňuje, že takovému počinu jsme ještě na míle vzdálení.

„Bezesporu má v sobě dobrý vědecko-fantastický prvek a obnovuje buněčné funkce tam, kde jsme to dříve považovali za nemožné. Ale abyste měli Frankensteina, potřebujete určitou míru vědomí, aby tam něco ‚secvaklo‘,“ říká. „V této studii vědci neobnovili žádnou formu vědomí a dosud je nejisté, jestli to vůbec někdy dokážeme. Ale k této možnosti jsme o krok blíž.“

Text: Michael Greshko píše pro vědeckou redakci National Geographic.