Nieuwe technologie herstelt bepaalde functies van cellen en organen na de dood bij varkens

Als het hart ophoudt met kloppen, krijgen weefsels en organen geen bloed, zuurstof en voedingsstoffen meer die nodig zijn om te overleven. Binnen enkele minuten komt dan een cascade van biochemische reacties op gang en beginnen enzymen de membranen van de cellen aan te tasten.  

Onderzoekers van de Amerikaanse Yale University hebben nu echter ontdekt dat een massaal en permanent uitvallen van cellen niet noodzakelijk zo snel moet gebeuren. 

"Alle cellen sterven niet onmiddellijk, het gaat meer om een langdurige reeks van gebeurtenissen", zei David Andrijevic. "Het is een proces waarin je kan ingrijpen, dat je kan stoppen en waarbij je sommige functies van de cellen kunt herstellen." 

Andrijevic is een onderzoeker aan de Yale School of Medecine en  een mede-hoofdauteur van de studie over het experiment. 

Dat bouwt voort op een eerder project onder leiding van Yale, waarbij de onderzoekers de bloedcirculatie en bepaalde celfuncties konden herstellen in de hersenen van dode varkens. Ze gebruikten daarvoor een speciaal ontworpen beschermende vloeistof die ze BrainEx noemden. 

"Als we in staat waren bepaalde celfuncties te herstellen in een dood brein, een orgaan waarvan geweten is dat het het meest vatbaar is voor ischemie (onvoldoende bloedtoevoer), dan veronderstelden we dat we iets dergelijks zouden kunnen bereiken in andere vitale, transplanteerbare organen", zei Nenad Sestan, een professor aan Yale wiens labo de leiding had over beide studies.  

Voor het nieuwe experiment pasten de onderzoekers hun BrainEx-vloeistof aan tot OrganEx, een vloeistof met het bloed van de varkens en 13 verbindingen waaronder verbindingen die het stollen van bloed tegengaan en het immuunsysteem, dat veel actiever is in de rest van het lichaam dan in de hersenen, onderdrukken. 

Vervolgens kochten de onderzoekers een aantal varkens die ze eerst drie dagen observeerden, vervolgens verdoofden, verbonden met een beademingsapparaat en doodden door een hartstilstand te veroorzaken. 

Nadat vastgesteld was dat de dieren geen hartslag meer hadden, werden ze losgekoppeld van de beademingsmachine. 

Een uur nadat ze gestorven waren, dienden de onderzoekers opnieuw verdoving toe en koppelden ze de dieren opnieuw aan de beademingsapparaten aan. 

Een aantal dieren kreeg geen behandeling, andere werden gekoppeld aan een zogenoemde ECMO-machine, een extracorporeal membrane oxygenation-machine. Dat is een toestel dat in ziekenhuizen als laatste redmiddel gebruikt wordt om de bloedcirculatie te herstellen en zo zuurstof naar het lichaam te brengen en koolstofdioxide weg te halen. 

Een derde groep varkens werd gekoppeld aan de nieuwe OrganEx-technologie, die bestaat uit een perfusietoestel - een toestel dat ononderbroken een infuus, in dit geval van de OrganEx-vloeistof, toedient. Het toestel lijkt op een hart-longmachine, een machine die tijdelijk de functie van het hart en de longen overneemt. 

Na een behandeling van zes uur onderzochten de onderzoekers de lichamen van de dode varkens.  

In vergelijking met de varkens die enkel met een ECMO-machine verbonden werden, hield OrganEx de integriteit van de weefsels intact, verminderde het de celdood en herstelde het bepaalde belangrijke moleculaire en cellulaire functies in veel delen van de varkenslichamen, ook in het hart, de lever en de nieren. Zo vonden de onderzoekers bijvoorbeeld aanwijzingen voor elektrische activiteit in het hart, dat het vermogen behield om samen te trekken.   

Net zoals in het experiment uit 2019 stelden de onderzoekers vast dat de activiteit van de cellen in sommige gebieden van de hersenen hersteld was. Ze vonden echter in geen enkele fase van het experiment gestructureerde elektrische activiteit in de hersenen die zou kunnen wijzen op bewustzijn. 

"We waren ook in staat de circulatie te herstellen doorheen het lichaam, wat ons verbaasde", zei Sestan. 

Als het hart stilvalt, beginnen organen normaal gezien op te zwellen waardoor ze bloedvaten samendrukken en de circulatie blokkeren, zo zei hij. Maar de circulatie werd hersteld en de organen in de dode varkens die de OrganEx-behandeling hadden gekregen leken functioneel op het niveau van de cellen en de weefsels. 

"Onder de microscoop was het moeilijk om het verschil te zien tussen een gezond orgaan en een dat behandeld was met de OrganEx-technologie na de dood", zei Zvonimir Vrselja, een van de auteurs van de studie.

"Dingen bleken niet zo dood te zijn als we verwacht hadden", zei Vrselja. "Dit toont dat we celherstel op moleculair niveau in gang kunnen zetten."

Het team was ook erg verbaasd vast te stellen dat de varkens uit de OrganEx-groep onvrijwillige en spontane bewegingen in hun kop, nek en torso vertoonden toen er bij de verdoofde dieren een contrastvloeistof werd ingespoten om het onderzoek van de dieren te vergemakkelijken. 

Dat wijst erop dat bepaalde motorische functies  behouden zijn gebleven maar de onderzoekers hebben daar niet zo dadelijk een verklaring voor. Ze denken niet dat de impuls voor de bewegingen uit de hersenen afkomstig was, aangezien daar geen elektrische activiteit werd vastgesteld. Mogelijk kwam de impuls uit de ruggengraat.   

De onderzoekers hopen dat hun technologie er ooit toe zal leiden dat er meer organen beschikbaar zullen zijn voor transplantatie. Nu wordt ECMO gebruikt om te proberen de organen van sommige overleden donoren veilig te stellen voor transplantatie, maar de resultaten daarvan zijn lang niet altijd goed. 

Gezien het verschil tussen de organen van de varkens die een ECMO-behandeling kregen en de exemplaren die met OrganEx behandeld werden, zou de nieuwe technologie meer beschikbare donororganen kunnen opleveren. 

Daarvoor is echter nog veel meer onderzoek nodig. 

Op basis van de resultaten van deze studie kunnen we nog lang niet zeggen dat een orgaan hersteld werd tot op het niveau dat nodig is om leven te ondersteunen, zei Stephen Latham, het hoofd van het Centrum voor Bio-ethiek van Yale.  

De techniek zou mogelijk ook ooit gebruikt kunnen worden bij de behandeling van organen of weefsel dat beschadigd is door ischemie bij een hartaanval of een beroerte. Of zelfs om iemand die net overleden is, te reanimeren. "Om dat te kunnen doen, zijn er nog enorm veel meer experimenten nodig", zei Latham. 

Elk gebruik van OrganEx als medische therapie "ligt nog heel ver weg", zo zei hij. 

De studie zal het debat over de definitie van de dood waarschijnlijk aanzwengelen. 

De studie benadrukt dat dood geen ogenblik is maar een proces, wat het een uitdaging maakt om een eenvormige manier te vinden om iemand dood te verklaren, zei Arthur Caplan, een bio-ethicus aan de New York University die niet aan de studie heeft meegewerkt, in Nature.

Volgens hem zal dat betekenen dat de wettelijke definitie van de dood zal blijven veranderen naarmate de geneeskunde vooruitgang boekt. 

"Mensen hebben de neiging zich te concentreren op hersendood, maar er is niet zoveel eensgezindheid over wanneer 'hartdood' zich voordoet", zei hij.  

De studie van het team van Yale is gepubliceerd in Nature. Bronnen: telexen van de persbureaus Reuters en Belga, een persbericht van Yale University en een nieuwsbericht in Nature.