Полина Лосева

Редактор

Мозг отдельно, мыши отдельно

На прошлой неделе многие российские новостные издания рассказали о том, как «японские ученые оживили мертвый мозг мыши». Заголовок звучит как сенсация: до сих пор воскресить отдельно взятый мозг животного никому не удавалось. В основу этих заметок легла статья, появившаяся в Analytical Sciences — малоизвестном журнале с импакт-фактором 1.618. Значит ли это, что более крупные журналы проигнорировали научную революцию? Или что авторы работы поставили сомнительный эксперимент, результаты которого больше никуда не приняли для публикации? Давайте разберемся, что на самом деле произошло с мозгом японских мышей после смерти.

Pinky and the Brain / Warner Bros. Animation / 1995-1998


Или пациент жив, или он умер

Когда мы слышим об «оживлении мозга», воображению предстает что-то вроде отделенной от тела головы, которая сама по себе начинает рычать, пищать или хлопать глазами. Нечто подобное якобы удалось осуществить советскому хирургу Сергею Брюхоненко, хотя сейчас его отчеты считают фальсифицированными, а повторить его эксперименты пока никому не удалось (подробнее читайте в нашем материале «Пациент без головы»).

С точки зрения медика «оживление мозга» — это исчезновение признаков смерти мозга. В России, например, есть отдельный приказ Минздрава со списком клинических критериев, наличие которых говорит о том, что мозг мертв, а отсутствие — наоборот, о том, что он жив. Все эти критерии представляют собой проверку разного рода рефлексов — от движения глаз до реакции на боль, то есть призваны показать, насколько мозг справляется со своей главной функцией — координацией движения тела.

Но что делать, если мозг отделен от тела и находится «в пробирке»? Или если ученые сконцентрировались на оживлении одного лишь мозга и проигнорировали состояние остальных органов? В такой ситуации мозг технически не может управлять никакими мышцами. Тогда на помощь приходит еще один критерий, который приказ Минздрава предписывает проводить, если по всем остальным признакам мозг мертв, — электроэнцефалография.

Если на ЭЭГ не видно следов активности (электромозговая тишина) в течение по меньшей мере 10 минут, можно считать, что нервная ткань перестала выполнять свою работу по передаче сигналов и мозг мертв окончательно (кроме редких случаев обратимой комы, когда в течение нескольких часов пациент возвращается к жизни). Таким образом, для того, чтоб говорить об «оживлении мозга», необходимо продемонстрировать свидетельства его электрической активности.


История одной свиньи

Предыдущая громкая история с отделением головного мозга от тела произошла весной 2019 года. Тогда ученые рассказали о том, что им удалось «восстановить кровообращение и клеточные функции мозга» свиньи через четыре часа после гибели животного, а некоторые журналисты тоже заговорили об «оживлении».

На деле же произошло следующее: исследователи придумали способ поддерживать мозг в жизнеспособном состоянии. Для этого они помещали орган в камеру с высокой влажностью, подключали его к системе циркуляции крови, а саму плазму крови заменили на жидкость со сложным составом — во избежание свертывания и закупорки сосудов. В таком состоянии им удалось продержать мозг свиней до 10 часов.

Состояние нервной ткани ученые тогда оценивали по нескольким признакам. Сперва они убедились, что размер мозга и его контуры не претерпели изменений, то есть структуры не начали разрушаться. Потом они стали искать следы нейродегенерации на клеточном уровне и обнаружили, что не все отделы мозга сохранились хорошо: в самых чувствительных к дефициту кислорода областях (гиппокамп, неокортекс и мозжечок) удалось найти распадающиеся клетки.

Затем исследователи проверили состояние кровеносной системы и подтвердили, что сосуды изолированного мозга могут сокращаться в ответ на сосудосуживающие препараты. Наконец, они измерили электрическую активность нервной ткани. Несмотря на то, что отдельные нейроны остались способны генерировать импульсы, в целом мозге ученые не нашли следов глобальной активности.

Именно поэтому исследователи остереглись делать далеко идущие выводы и заявили только, что их система дает тканям мозга шанс продержаться до восстановления активности — если мы когда-нибудь придумаем, как это осуществить.


Был ли мозг

Японские ученые, давшие повод «оживлению мозга» снова проникнуть в газетные заголовки, в своей статье о нем не говорят ни слова. Их работа посвящена культивированию эксплантированной ткани — то есть тому, как не дать разрушиться участку органа после извлечения его из тела животного.

С отдельными клетками этой проблемы не возникает, большинство из них спокойно чувствуют себя в лабораториях. Но когда речь заходит о сложной структуре, такой как нервная система, важно не только, чтобы клетки оставались в живых, но и чтобы они не теряли своих функций и продолжали слаженно работать.

В качестве объекта исследований японские биологи выбрали супрахиазматическое ядро — крошечный участок мозга, отвечающий за биологические ритмы. Это замкнутая структура из десятков тысяч нейронов, каждый из которых обладает своим суточным ритмом, но на выходе эта нейронная сеть генерирует один мощный сигнал — «время на биологических часах» организма.

Культивировать супрахиазматическое ядро in vitro довольно сложно: при недостатке воды ткань быстро высыхает, но если покрыть ее раствором и промывать, как это делают с обычными культурами, то ток жидкости разрушает связи между нейронами. Поэтому авторы работы сконструировали микрофлюидное устройство, позволявшее поддерживать давление жидкости постоянным и не травмировать ткань.

Для того чтобы подтвердить, что супрахиазматическое ядро осталось целым и функциональным, ученые использовали трансгенных животных. У мышей — доноров ткани одновременно с геном PER2 — одним из ключевых генов биоритмов — запускался ген люциферазы. Поэтому на пике экспрессии PER2 клетки ядра синхронно светились. Исследователи измеряли свечение в супрахиазматическом ядре, которое культивировали обычным способом, время от времени обновляя среду, и в образцах, помещенных в микрофлюидное устройство.

Оказалось, что цикличность свечения и, следовательно, функциональная активность нейронов затухает гораздо медленнее при новом, микрофлюидном способе культивирования. В статичных культурах колебания сходили на нет к пятому дню, а в микрофлюидных их можно было наблюдать и на 25-й день. Исследователи полагают, что время жизни такой культуры супрахиазматического ядра может быть гораздо дольше — до сотни дней.

Таким образом, японские биологи разработали новый метод, с помощью которого можно сохранить нервную ткань в рабочем состоянии. Он, безусловно, может пригодиться на практике — например, чтобы изучать структуру нервной ткани и взаимное расположение клеток, что не всегда удается сделать в мертвом мозге.

Однако ученые работали лишь с небольшим участком, не претендуя на поддержание жизни в целом мозге. Кроме того, они даже не ставили целью сохранить электрическую активность клеток, а измеряли только экспрессию генов — косвенный показатель того, что нейронная сеть осталась нетронутой. Поэтому ни о каком оживлении органа речи быть не может, только о жизнеспособности отдельных клеток.

Для тех же органов, которые действительно удается поддерживать «живыми» вне тела, время хранения гораздо короче. Недавно, например, мы рассказывали о том, как «срок годности» печени в ожидании пересадки продлили до нового рекорда: 40 часов вместо предыдущих 12. Ни о каких 25 и тем более 100 днях, увы, говорить пока не приходится.

Ранее в этом блоге

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.