De varkens waren al een uur dood en toch bonkten de cellen van hun hart, hersenen en lever nog.
Dankzij een nieuw systeem genaamd OrganEx kunnen wetenschappers nu de stervende organen van recent overledenen behouden varkens levend door de dieren vast te haken aan een systeem van pompen, filters en stromende vloeistoffen. Deze procedure herstelt de dieren niet brein functioneren of de varkens terugtrekken uit het verre hiernamaals; het zorgt er eerder voor dat bepaalde cellulaire functies in de vitale organen van de dieren in stand blijven.
In de toekomst zou het systeem mogelijk kunnen worden gebruikt om gedoneerde menselijke organen die bestemd zijn voor gebruik bij transplantatieprocedures te helpen behouden en herstellen, meldden wetenschappers in een nieuwe studie, die woensdag (3 augustus) in het tijdschrift werd gepubliceerd. Natuur (opent in nieuw tabblad). Dit proces zou het aantal organen dat beschikbaar is voor transplantatie kunnen uitbreiden door de effecten van ischemie, waarbij een orgaan schade oploopt door onvoldoende bloed stroom en zuurstoftoevoer – in gedoneerde organen.
En in theorie zou zo’n apparaat ook bij levende mensen kunnen worden gebruikt om ischemie te behandelen die optreedt tijdens een beroerte of hart aanval, schreef Dr. Robert Porte, een professor in de afdeling chirurgie aan de Universiteit van Groningen in Nederland die niet betrokken was bij het onderzoek, in een begeleidend commentaar (opent in nieuw tabblad) van het werk.
De technologie zal echter niet snel worden toegepast op levende mensen of gedoneerde organen.
Verwant: Hoe lang kunnen organen buiten het lichaam blijven voordat ze worden getransplanteerd?
“Dit is ver verwijderd van gebruik bij mensen”, vertelde Stephen Latham, directeur van het Yale Interdisciplinair Centrum voor Bio-ethiek en co-auteur van de studie, aan verslaggevers in een persconferentie op dinsdag (2 augustus). Het proof-of-concept-experiment bij varkens toonde aan dat het OrganEx-systeem sommige cellulaire functies in sommige organen kan herstellen nadat er geen bloed meer naar die organen stroomt, maar de mate van herstel verschilde tussen organen.
“We zouden moeten studeren” [in] veel gedetailleerder de mate waarin ischemische schade ongedaan wordt gemaakt in verschillende soorten organen voordat we zelfs maar in de buurt komen van het proberen van een experiment als dit op een mens die anoxische schade heeft opgelopen,” wat betekent orgaanschade door een gebrek aan zuurstof, zei Latham.
Het team is van plan om OrganEx in veel meer dierstudies te bestuderen “voordat er zelfs maar wordt nagedacht over het vertalen” van de technologie naar mensen, zei Dr. David Andrijevic, een associate research scientist in neurowetenschappen aan de Yale School of Medicine en co-eerste auteur van de studie, bij de briefing.
Hoe OrganEx werkt
Het nieuwe onderzoek bouwt voort op een eerdere studie, gepubliceerd in 2019 in het tijdschrift Natuur (opent in nieuw tabblad)waarin de onderzoekers een kleinere versie van hetzelfde systeem gebruikten om een aantal cellulaire en metabolisch activiteit in de hersenen van een varken dat was onthoofd tijdens de voedselproductie.
Dit kleinere systeem, BrainEx genaamd, pompte een vloeistof boordevol Hemopure – een synthetische vorm van het eiwit hemoglobine, dat zuurstof in rode bloedcellen transporteert – door de bloedvaten van de hersenen. De vloeistof bevatte ook chemische verbindingen die bedoeld zijn om te voorkomen dat zich bloedstolsels vormen en cellen zichzelf vernietigen door een proces dat ‘apoptose’ wordt genoemd. Door deze vloeistof door de hersenen te pompen, verhinderde het zwellen van het orgaan, zoals gewoonlijk na de dood, en zorgde ervoor dat bepaalde cellulaire functies tot vier uur na de onthoofding konden doorgaan. (Belangrijk is dat de behandelde hersenen geen elektrische signalen produceerden die verband hielden met de normale hersenfunctie of “restbewustzijn”, bevestigden de auteurs.)
“Cellen sterven eigenlijk niet zo snel als we aannemen dat ze doen, wat in feite een mogelijkheid voor interventie opent,” Dr. Zvonimir Vrselja, een associate research scientist in neurowetenschappen aan de Yale School of Medicine en co-eerste auteur van de studie, zei dinsdag tijdens de persconferentie. Met andere woorden, als wetenschappers snel genoeg kunnen ingrijpen, kunnen ze sommige cellen redden van een zekere ondergang.
In hun laatste werk heeft het team hun BrainEx-systeem in wezen opgeschaald om in één keer een heel varkenslichaam te perfuseren.
Het opgeschaalde systeem maakt gebruik van een apparaat vergelijkbaar met een hart-longmachine, dat de rol van het hart overneemt en longen tijdens operaties door bloed en zuurstof door het lichaam te pompen. Het team gebruikte dit apparaat om zowel varkensbloed als een aangepaste versie van hun synthetische, celbesparende vloeistof door de lichamen van de overleden varkens te pompen. Hun synthetische oplossing bevatte 13 verbindingen die bedoeld zijn om ontstekingen te onderdrukken, de vorming van bloedstolsels te stoppen, celdood te voorkomen en elektrolytenonevenwichtigheden te corrigeren die optreden wanneer ischemie optreedt.
Verwant: Het creëren van ‘universele’ transplantatieorganen: nieuwe studie brengt ons een stap dichterbij.
Om OrganEx te testen, veroorzaakte het team een hartstilstand bij verdoofde varkens en na een uur sloten ze de dieren aan op het apparaat. Ze vergeleken de met OrganEx behandelde varkens met varkens die waren behandeld met een extracorporaal membraanoxygenatiesysteem (ECMO), dat alleen zuurstofrijk bloed door de lichamen van de dieren pompte.
Na zes uur ontdekte het team dat ECMO niet alle organen van de dieren voldoende met bloed had doorbloed en dat veel bloedvaten waren ingestort, zoals gewoonlijk na de dood; de met ECMO behandelde dieren vertoonden ook uitgebreide tekenen van bloeding en weefselzwelling. Ter vergelijking: OrganEx verminderde de mate van celdood en verbeterde het behoud van weefsels door het hele lichaam.
Bovendien vertoonden met OrganEx behandelde varkens tekenen van cellulair herstel in de hersenen, het hart, de longen, lever, nier en pancreas, en deze vitale organen behielden bepaalde cellulaire en metabolische functies gedurende het zes uur durende experiment. Vooral het hart vertoonde tekenen van elektrische activiteit en kon samentrekken. Nader onderzoek van de harten, nieren en levers van de varkens bracht ook aan het licht dat specifieke genen die betrokken zijn bij celherstel in de organen waren geactiveerd, terwijl dat niet het geval was bij de met ECMO behandelde varkens.
“Wat dit ons vertelt, is dat de ondergang van cellen kan worden gestopt en hun functionaliteit kan worden hersteld in meerdere vitale organen, zelfs een uur na de dood,” Dr. Nenad Sestan, een professor in neurowetenschappen aan de Yale School of Medicine en senior auteur van de studie , zei hij tijdens de briefing.
De resultaten wijzen erop dat op een dag OrganEx of componenten van het systeem kunnen worden toegepast bij de behandeling van ischemie en bij het behoud van transplantatieorganen, met name in het geval van “donatie na circulatoire dood”, waarbij gedoneerde organen geen bloed meer hebben gekregen. enige tijd voorafgaand aan de transplantatie in omloop was, schreef Porte in zijn commentaar. Maar nogmaals, er is veel meer onderzoek nodig voordat het systeem in beide situaties kan worden toegepast.
In vervolgonderzoek wil het onderzoeksteam beter begrijpen hoe, waar en in welke mate OrganEx de celfunctie in verschillende dierlijke organen herstelt. Daarnaast zullen ze moeten evalueren of en hoe hun synthetische oplossing moet worden aangepast voor gebruik in menselijke weefsels. En ethische en praktische problemen moeten worden aangepakt voordat zelfs maar wordt overwogen om het systeem bij levende mensen te gebruiken, zei Latham tijdens de briefing.
“Je moet nadenken over: ‘Wat is de staat waarin een mens zou worden hersteld als ze ernstig waren beschadigd door ischemie en je ze een perfusaat had gegeven dat sommige, maar niet alle, van die schade ongedaan maakte?'” Hij zei . “Het redden van organen en het onderhoud van organen voor transplantatie, is denk ik een veel dichterbij en veel realistischer klinisch doel dat op deze studie zou kunnen worden gebaseerd.”
Oorspronkelijk gepubliceerd op WordsSideKick.com.