Исследования заболеваний глаз человека и функционирования нейронов затруднены тем, что эти органы быстро деградируют после смерти. Кроме того, глаза животных отличаются от наших. Чтобы исправить ситуацию, международная группа исследователей разработала новый метод «возвращения к жизни» сетчатки глаза, взятой у доноров через 5 часов после их смерти. Это техническое достижение позволит провести новые исследования функционирования человеческого глаза и нервной системы, а также продлить срок жизни пересаживаемых органов. Этот успех также открывает новые перспективы для лечения нейродегенеративных заболеваний, включая возрастную макулярную дегенерацию.
Смерть определяется как необратимое прекращение кровообращения, дыхания или мозговой деятельности. Многие периферические органы человека могут быть пересажены от умерших доноров с использованием протоколов для оптимизации жизнеспособности. Однако ткани центральной нервной системы и некоторые связанные с ней органы, такие как глаза, быстро теряют жизнеспособность после прекращения кровообращения, что затрудняет их трансплантационный потенциал. Это происходит потому, что миллиарды нейронов в центральной нервной системе передают сенсорную информацию в виде электрических сигналов; в глазу специализированные нейроны, называемые фоторецепторами, обнаруживают свет. Эти клетки быстро погибают после остановки сердца. Однако временной ход и механизмы, вызывающие гибель нейронов, а также возможность реактивации остаются плохо изученными.
Чтобы лучше понять, как нервные клетки реагируют на недостаток кислорода, вызванный прекращением общего кровообращения, команда американских и швейцарских исследователей использовала сетчатку глаза в качестве модели центральной нервной системы. Они измерили активность мышиных и человеческих клеток сетчатки вскоре после их смерти и разработали новые методы, позволяющие вернуть их к жизни. Их работа опубликована в журнале .
Восстановление связи между клетками после смерти
Для достижения своей цели доцент кафедры исследований Скриппса Энн Ханнекен смогла предоставить более 40 глаз от доноров органов в течение 20 минут после смерти. Франс Винберг из Глазного центра Морана разработал специальное транспортное устройство для восстановления кислорода и других питательных веществ в глазах донора, а также устройство для стимуляции сетчатки и измерения электрической активности ее клеток. Поэтому команда работала в два этапа.
Во-первых, исследователи продемонстрировали быстрое снижение сигнализации нейронов и определили условия, необходимые для потенциальной реанимации клеток глаза in vivo у мышей после смерти и в сетчатке человека. На втором этапе они измерили светоиндуцированные реакции в фоторецепторах макулы человека из донорских глаз через 5 часов после смерти. Затем они смогли определить модифицируемые факторы, приводящие к обратимой и необратимой потере передачи световых сигналов после смерти.
Хотя первые эксперименты возродили фоторецепторы, оказалось, что клетки потеряли способность общаться с другими клетками сетчатки. Команда определила кислородное голодание как критический фактор, приводящий к потере связи.
Фатима Аббас, сотрудник Глазного центра Морана и ведущий автор исследования, поясняет в своем заявлении: «Мы смогли пробудить фоторецепторные клетки в макуле человека, которая является частью сетчатки, отвечающей за центральное зрение и способность видеть мелкие детали и цвета. В глазах, полученных через пять часов после смерти донора органов, эти клетки реагировали на яркий свет, цветной свет и даже очень слабые вспышки света«.
Используя свой инновационный подход к поддержанию кислорода в клетках в течение более длительных периодов времени, что увеличивает время выживания сетчатки и клеток нейронов, команда смогла восстановить специфический электрический сигнал, наблюдаемый в живых глазах, «b-волна». Посредством b-волн осуществляется связь между всеми слоями клеток макулы, которые позволяют нам видеть. Это первая посмертная запись b-волны из центра сетчатки глаза человека. Однако это временное восстановление активности клеток сетчатки не означает, что донорские глазные яблоки могли «видеть». Для оживления всего процесса зрения необходимы более высокие зрительные центры в мозге.
Франс Винберг говорит: «Мы смогли заставить клетки сетчатки общаться, как они это делают в живом глазу, опосредуя человеческое зрение. Предыдущие исследования восстановили очень ограниченную электрическую активность в глазах доноров органов, но это никогда не было достигнуто в макуле, и никогда в той степени, которую мы сейчас продемонстрировали«.
В связи с этими результатами некоторые эксперты ставят под сомнение необратимый характер смерти в центральной нервной системе. Действительно, хотя некоторые органы человеческого тела можно сохранить для трансплантации, центральная нервная система перестает функционировать слишком быстро, чтобы ее можно было «восстановить» для пересадки. Однако не все компоненты нашей нервной системы умирают с одинаковой скоростью, а иногда механизмы «выживания» устанавливаются на некоторое время, что делает понятие смерти более сложным. В этом контексте подвиги, описанные в статье, дадут более четкую картину (без каламбура) и укажут на новые возможности для медицинских достижений.
Изучение нейродегенеративных заболеваний
Таким образом, продемонстрированный командой процесс может быть использован для изучения других нервных тканей в центральной нервной системе. Это поможет исследователям лучше понять нейродегенеративные заболевания, включая ослепляющие болезни сетчатки, такие как возрастная макулярная дегенерация.
Кроме того, потенциальные методы лечения могут быть протестированы на функциональных клетках человеческого глаза, что позволяет ускорить разработку методов лечения без использования лабораторных животных. Франс Винберг отмечает, что такой подход может снизить затраты на исследования по сравнению с работой на нечеловеческих приматах и опорой на модели животных, получая результаты, которые не всегда применимы к человеку. Например, хотя мыши широко используются в исследованиях зрения, у них нет макулы, в отличие от нас.
С другой стороны, Энн Ханнекен говорит, что эти результаты определенно помогут в производстве жизнеспособных заплаток из тканей сетчатки человека для лечения заболеваний, приводящих к слепоте. Она объясняет: «До сих пор не удавалось заставить клетки всех различных слоев центральной сетчатки общаться друг с другом, как это обычно происходит в живой сетчатке. В будущем мы сможем использовать этот подход для разработки методов лечения, направленных на улучшение зрения и световых сигналов в глазах с макулярными заболеваниями, такими как возрастная макулярная дегенерация«.
Наконец, данное исследование присоединяется к своду научных трудов, посвященных необратимой природе или необратимости смерти. В 2018 году исследователям из Йельского университета удалось «оживить» мозг свиньи через 4 часа после ее смерти, не сумев, однако, восстановить глобальную активность нейронов. Процедура проходила по той же схеме, т.е. восстановление кровообращения, обеспечивающее поступление необходимого кислорода и питательных веществ. Данные, собранные Аббасом и др., могут дать ценную информацию для будущих посмертных экспериментов.