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      耶魯科學家用人造血液成功“復活”豬腦

       REDPHARM

      2019-04-24

      近日,Nature封面重磅發布耶魯大學醫學院最新研究:該??茖W家使用一種灌注液,讓豬大腦在死亡4小時后成功復活,恢復了一些細胞和代謝功能,并至少維持了6小時。據悉,此技術將極大利好中風等疾病的藥物開發。

      該研究項目的負責人為耶魯大學醫學院神經學家內納德·塞斯坦。他的團隊在康涅狄格州一家屠宰場的300多頭豬中選擇了32個豬腦,使用一臺名為“BrainEx”的精密儀器,將一種秘制配方的“人造血液”通過動脈持續注入豬腦,模擬豬腦的血液循環,試驗結果令人震驚:這些豬腦居然能被部分“復活”,一些腦細胞能恢復基本功能,一些神經活動得到重現,整個豬腦的代謝也再次變得活躍起來。

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      圖1:試驗樣本采集地,康涅狄格州某屠宰場

      塞斯坦教授說:“這項研究的初衷并不是讓豬腦‘復活’,而是試圖創造一個更完整的系統來研究大腦的工作原理。過去科學家一直認為,如果血液中斷時,大腦就會因為缺氧而死,除非能迅速恢復血液供給,否則結果是不可逆轉的。我們的試驗表明,細胞死亡是一個逐步的過程,其中一些步驟可能會被延遲、維持甚至逆轉?!?/p>

      該項目的主要研究人員之一,耶魯大學神經科學家斯特凡諾·丹妮爾說:“這是一個非常強大的模型,可用來研究藥物和化學物質進入大腦穿透血腦屏障的主要障礙。與小白鼠一類的實驗動物相比,豬的大腦在復雜性和組成上更接近人腦,試驗結果更可靠?!?/p>

      據悉,此次試驗結果還算不上真正意義上的“復活”。腦電圖測量結果顯示,整個試驗過程中豬腦沒有出現與意識、認知或其他更高階的腦功能相關的腦電活動,即這些豬腦并沒有恢復意識。也就是說,試驗只是讓豬腦在細胞層面恢復了一定程度的活躍。塞斯坦教授說:“從臨床上看,還不能把它當成一個活的大腦,只能說是一個細胞活躍的大腦?!?/p>

      該團隊觀察到,經過6個小時灌注后,豬的大腦能夠代謝葡萄糖和氧氣,這是評估細胞活性的關鍵步驟。研究人員用超聲波觀察液體流經大腦血管系統的過程,檢測不同區域的血紅蛋白。他們在灌注液中加入了一種藥物,以觀察血管的擴張反應,另外還添加了脂多糖,大腦中的免疫細胞對該物質作出反應,借此研究小組可檢測到鈉離子和鉀離子進出海馬神經元產生的電信號,以確定細胞的電活性。

      目前已有專家擔心,此項研究可能存在倫理方面的爭議。雖然研究團隊強調,恢復大腦意識不是他們的研究目標,但在研究過程中,科學家會不斷監測豬大腦活動,如果看到任何與恢復意識相關的訊號出現,就會采取相應的措施。任何涉及恢復人體組織或是動物死亡大腦的研究,都存在相關的倫理問題,必須經過嚴格的倫理審查才能進行。

      塞斯坦教授進一步表示:“在這項試驗中,任何時候都不會測出腦電圖信號。腦電圖才是公認的與意識有關的細胞間通訊的測量方法。目前還不清楚該技術能否應用于死亡時間不長的人腦,因為試驗使用的特殊溶液主要成分是生物來源血紅蛋白并非人體血液。盡管如此,這一技術如果發展成熟,未來會有很大的實用價值。BrainEx系統所使用的灌注液對細胞具有保護作用,可用于輔助研究大型哺乳動物腦部的構造和功能,找到大腦在某些情況下受損的原因,以及測試新藥對腦部構造的影響等,特別是像中風一類疾病的潛在藥物,因為中風其實就是缺氧導致的部分大腦死亡?!?/p>

      美國石溪大學神經科學家Dennis Choi說:“這種豬的試驗模型可能更適合用來模擬和開發心臟驟停的療法。中風只影響大腦的一部分,而在心臟驟停時,缺氧會損害整個大腦,這與試驗的情景更接近?!?/p>

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      圖2:氧合血紅蛋白,BrainEx灌注液的秘制配方成分

      在對照組中,研究人員采用鹽和抗生素的混合物作為灌注液。試驗結果發現,對照組比BrainEx組存在更嚴重的細胞變性和凋亡。

      據悉,BrainEx灌注液由氧合血紅蛋白、葡萄糖、細胞死亡抑制劑、蛋白質破壞抑制劑、抗生素和神經保護劑等混合而成。其中的秘制配方成分為氧合血紅蛋白,是血紅蛋白與氧分子可逆性結合而生成的一種物質,它能通過血液流動把氧氣輸送到各組織。其作用原理與器官移植使用的灌注液有類似之處,都是通過氧載體對整個器官組織輸送氧氣,同時調節生理滲透壓。區別僅在于腦部的結構和生理學過程比肝、腎、心臟等器官更為精密復雜。

      耶魯大學醫學院的此項研究也為潤方血紅蛋白供氧劑在離體器官灌注方面的應用提供了寶貴的實踐經驗和科學啟發。


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