等待器官移植的无奈
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耶鲁大学在2019年做了一个让科学界“瞩目”的实验,他们在猪死后数小时内,用营养、蛋白质和药物的混合物来复苏了猪的大脑。根据参与者介绍,当时做这个实验的目的,并非是想让大脑恢复活力,而是研究大脑中神经网络的分布。这个实验开展以后,世界各地对类似实验室活动的兴趣如潮水般涌来,因为这个实验使得人们发现,生与死之间的界限,并不像他曾经想象的那么清晰。
世界上每天都有很多危重病人,急需相应器官的移植以延长生命,拿美国来说,几乎每天就有超过60000名患者在等待器官移植的过程中死亡,每年有大约70万人死于重要器官的疾病。
据世界卫生组织估计,全世界需要器官移植的人中,只有 10% 能够得到器官移植。相反地,每年都有数以千计的捐赠器官最终被扔进垃圾箱,因为这些器官并没有得到有效、及时地保存。还拿美国为例,美国近年来每年移植心脏和肺的数量大约为3000例和2000例,但浪费了6000颗供体心脏和7000颗供体肺器官。
心脏停止跳动后,必须立即采集器官才能进行移植。而现在大部分的器官捐献来源,往往来自脑死亡者,通过在移除生命支持设备以后,捐献的器官会通过手术摘除下来,一般是用冰块来进行冷藏,以此来缓解新陈代谢,避免细胞死亡。
因此,与时间赛跑,就成为了器官移植手术成败的关键,而此前在这方面的效果,从全球来看都不太理想。
器官细胞为什么会死亡?
实际上,当心脏停止向全身输送充满氧气和营养的血液时,大脑(和其他器官)不会立即死亡。这种现象好像给我们打开了一个窗口,科学家们可以在其中进行干预、停止该过程,甚至启动细胞的恢复。
我们的器官之所以能茁壮成长,是因为每个细胞内都有数以千计的小型发电站,称为线粒体,它将食物转化为能量,为呼吸、思考和跑步等基本活动提供“燃料”,同时清除有毒的副产品。但在血流停止(称为局部缺血)后的那一刻,这种平衡发生了变化。线粒体通过不断减少的营养供应而“燃烧”自己,在此过程中积累了越来越多的毒素。
尽管线粒体通常在氧气的帮助下产生能量,但它们可以切换到效率较低的低氧过程,并在它们持续时使用身体的燃料储备,这个时间过程很短,大约只能坚持5分钟左右。
当能量水平总是直线下降时,早期的牺牲品是细胞的离子平衡,就像一艘需要不断抽水以避免下沉的船一样,细胞有不断排出钙和钠的“泵”,如果没有能量为它们提供动力,位于细胞膜中的泵就会失效,钙、钠和水就会涌入。然后分解 DNA 的酶随即会被激活,从而触发线粒体的自毁按钮。这个过程,平均时间能达到72小时。
与此同时,氧气在机体中消耗的过程中,会形成自由基,这种物质非常不稳定,通过破坏细胞膜和使酶失活而造成严重破坏。假如在这个阶段,通过心肺复苏术或其他救生措施突然恢复血流,极有可能引发第二波更具破坏性的破坏,比如血管渗漏,组织肿胀,细胞死亡加速。
从细胞受损的上述过程中,科学家们却看到了挽救器官细胞的曙光,即通过采取抗第二波冲击的措施或相应治疗,控制血液和氧气恢复到组织器官中,最终实现挽救大脑等器官的目的。
科学家们是怎么做的?
耶鲁大学的团队在猪中诱导了心脏骤停操作,并将猪的尸体在室温下放在手术台上一小时。此后,研究人员将静脉注射到猪身上,并将一种蓝色溶液注入循环系统中,这种灌注液包含氨基酸、维生素等10多种不同化合物,这些化合物经过优化,可促进细胞健康、减少细胞压力和死亡。
该灌注溶液与猪自身的血液混合,在机器的帮助下循环了6个小时。在相关专家的协助下,该实验遵循人道动物治疗标准,主要方式是对猪进行麻醉并给予神经元阻滞剂以防止它们恢复知觉。
6个小时的实验后,研究人员在显微镜下,重新检查了经过上述处理的猪的各种重要器官,结果发现它们看起来更像健康的器官。随后,研究人员又通过RNA 测序方法进行跟踪,发现这些器官恢复了 DNA 修复和维持细胞结构等基本功能,心脏细胞开始跳动、肝细胞恢复了从血液中吸收葡萄糖的任务。
耶鲁大学的这个实验,从某种意义上来说,对以往我们对死亡的理解似乎是一个颠覆,生与死的界限再一次变得模糊起来,而且它们之间的“模糊地带”也好像被拉长了。
正如有科学家们说的那样,这个实验的最终目的,并不仅仅是挽救供体器官,而是在移植到受者之前对其进行有效保存和优化,并且配合基因疗法,使得最终受体在器官移植之后,再也不需要服用免疫抑制药物,这个目标一旦实现,绝对是科学领域、医学领域的一个巨大的进步和里程碑。