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脑死亡再复活?注册新宝GG家恢复猪脑

时间: 2019年05月07日 | 作者: Nita Farahany、Henry | 来源: Nature自然科研

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用于食品加工的生猪不受实验动物福利法规的保护。

来源:Rodolfo Buhrer/Reuters



上个月,在一篇重磅论文中,注册新宝GG家在猪死亡数小时后恢复并维持了猪脑的脑循环和部分细胞功能。这项研究在引发了人们对脑死亡和脑试验的激烈讨论。在下面这篇发表于《自然》杂志的评论文章中,三位作者认为,亟需制定导则来指导如何在研究中使用动物,如何处理“猪脑复活”研究所引发的诸多问题。



撰文 | Nita Farahany、Henry Greely 和 Charles Giattino

来源 | Nature自然科研(ID:Nature-Research)



就在食品加工用的生猪猪头被取下四小时后,注册新宝GG家成功恢复并维持了这些猪脑的一部分细胞活动和结构。研究人员观察到猪脑的大动脉和小血管开始有血流,出现了细胞水平的代谢和药物反应,甚至还有自发的神经元突触活动等。研究团队配置了一种特殊溶液,并利用泵和过滤设备组成一个系统——BrainEx,让溶液在离体猪脑中循环。该溶液无细胞、抗凝、含有血红蛋白氧载体和各种药物试剂。


这项极其重要的研究发表在了《自然》上,让我们离拥有细胞功能完好的动物甚至是人类全脑模型更近了一步。目前,动物和人类大脑的细胞可以在培养基中维持数周的时间,但从分离细胞中获取的信息毕竟有限。组织切片虽然可以揭示局部结构组成情况,但却不足以回答关于功能和全脑连接的复杂问题,因为大部分三维结构都在组织制备的过程中丢失了。

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Brain Ex 利用灌注系统管道与猪脑的颈动脉相连,可以形成一个闭合回路。这一循环回路中的灌注液包含了氧气以及血液中的营养成分,通过系统的工作,灌注液可以运送至大脑中心区域,可以完全模拟血液在脑部中的血液循环。


这项研究还牵出了一系列伦理问题。研究中并无证据显示存在任何全脑电活动——也就是不存在与意识有关的高级大脑功能;而且也不存在能感知环境和产生感官体验的迹象。即便如此,这项研究还是打开了各种可能性,也让我们不得不正视现行实验动物管理规定的潜在局限性。


我们认为从根本上说,这项研究对长期以来如何定义动物或人类是活体的假设提出了挑战。




什么迹象?



本次研究团队的成员主要来自耶鲁大学医学院,研究所使用的猪脑在脑电图上的脑活动显示为一条水平线。但凡实验过程中有任何程度的感知恢复,且不谈意识恢复,都会在α(8–12Hz)和β(13–30Hz)范围内出现低振幅脑电波。通过咨询美国国立卫生研究院(NIH)“脑计划”神经伦理工作组,并与我们讨论过后,研究人员事先声明,一旦检测到类似活动,他们就会给猪脑注射麻药,防止出现类似疼痛或痛苦的体验,同时降低大脑温度,让活动很快中止。


研究人员已经在研究整个大脑,并能在动物和人类大脑切片中维持几秒到几分钟的细胞活动。因此,从表面上看,在没有脑电活动的情况下,BrainEx研究所引发的问题与那些使用死后动物或人脑组织的研究相比,并无根本性差异。


目前,神经注册新宝GG家等业内专家至少在两个问题上达成了一致意见。第一,哺乳动物大脑的血流一旦中断,在几秒到几分钟内,大脑的神经活动和意识就会无法挽回地丧失;第二,除非能快速恢复供血,否则就会朝着几乎不可逆的细胞死亡和机体死亡的方向发展。


这项研究所使用的猪脑在实验前的4个小时里没有获得任何氧气、葡萄糖或其它营养物质。正因为如此,研究打开了注册新宝GG家之前不敢设想的全新可能。


就拿没有脑电活动来说,脑电活动可能在猪被宰杀时就一去不复返了。不过,还有一个可能性,就是缺少脑电活动是研究设计的一个初衷。研究人员在配比溶液时使用了好几种能抑制神经活动的化学试剂,他们假设细胞活动减少会让组织更有可能表现出恢复迹象。如果研究人员在某个阶段拿走了这些抑制剂,那么团队可能会检测到脑电活动。


另一个有待研究的可能性是,需要有类似心脏休克疗法的东西,才能重启大脑神经元放电并达到一个可检测的水平。或者,需要超过6个小时(BrainEx的灌注时长,之前还有4小时的死后间隔),细胞才能恢复到可以出现这类脑活动的程度。医生有时会把刚刚心脏病发作的患者的体内核心温度降低,诱导低温昏迷。这么做有助于减少大脑水肿导致的损伤,同时促进细胞修复。在这种情况下,患者可能需要接受至少24小时的“冷却疗法”。


有一点毋庸置疑,我们需要更多数据,包括让其它团队在实验室中重复BrainEx的结果。这让我们想起了1987年的电影《公主新娘》中的一句台词:“基本上死了和完全死了是有很大差别的。基本上死了就是稍微还活着。”虽然我们面前还有很多未知数,但是我们有方法在哺乳动物死后几个小时让它的大脑看起来“稍微还活着”,这件事本身所具有的意义足以引起伦理学家、监管部门以及整个社会的深刻思考。




动物研究



需要澄清的是,BrainEx研究并未违反任何研究伦理。研究团队咨询了耶鲁大学的动物管理和使用委员会(IACUC),IACUC专门负责确保实验动物的使用符合美国联邦资助研究项目法规的要求。委员会当时认为没有监督的必要,因为作为牲畜饲养的猪并不属于动物福利法的保护范畴,而且这些猪是在研究开始前就被屠杀了。美国1966年通过的《动物福利法案》是迄今唯一一部规定研究中应该如何对待动物(活体动物或死亡动物)的联邦法律,其中明确排除了为了食品加工而养殖的动物。与此同时,主要通过NIH资助大部分美国动物研究的机构——美国公共卫生署,并未明确规定动物死后的任何保护措施。


如果这项研究是在美国境外开展的,相关伦理或监管机构的回应基本上也会是一样的。欧盟的《研究用动物保护指令》旨在避免(或最大程度减少)活体动物遭受的疼痛、伤害或痛苦,也同样将用于农业生产的动物排除在外。在中国,科技部和各省科技厅都竭力确保研究人员遵守当地规章条例,并遵守国家标准《实验动物福利伦理审查指南》。同理,该指南的保护对象也不包括作为食物用的动物,而且其主要目的在于让活体动物免于或减少遭受痛苦。


我们认为,需要针对全脑保存或恢复研究制定全新指南,因为这类研究所使用的动物可能会处于一个灰色地带——既不是活的,也没有完全死去。我们在此提出五大主要问题。


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女性剪影背后的作品展示了一位上世纪50年代经历了癫痫手术的一位患者的大脑切片。

来源:Brian Snyder/Reuters


首先,研究人员应如何检测意识或知觉的迹象?脑电活动本身并不能作为大脑有意识的可靠指标,全麻患者体内也可以检测到脑电活动。将脑电活动作为该指标的前提是,要能同时检测出经颅磁刺激(TMS)反应——经颅磁刺激是一种在患者头部附近放置电磁线圈以刺激脑活动的无创手段。再结合其它指标,我们就能确定大脑的扰动复杂指数,借此鉴定意识水平。此外,近来基于功能磁共振成像的人体研究显示,特定模式的神经元活动或能作为一种与意识的关联。


第二,对于这类脑灌注研究来说,哪些物种可以作为合适的模型?以及,需要哪些研究和结果才能证明使用其它模型的合理性?(我们认为在目前阶段,研究人员应该谨慎选择其它哺乳动物进行实验,尤其是猪、狗或灵长类。)


第三,在我们掌握更多信息之前,仅靠使用神经元活动抑制剂是否足以防止出现与知觉有关的能力,比如感觉疼痛的能力?研究人员可能需要在使用和不使用神经元活性抑制剂的情况下,给小鼠或大鼠使用BrainEx或类似系统,以便更好地理解这些抑制剂的作用。


第四,在后续研究中,哪些情况下应该使用麻药,从而避免任何类似于疼痛或痛苦的感受?以及在什么情况下可以允许不使用麻药?(我们认为在目前阶段,由于未知数太多,必须强制后续研究使用麻药。)


最后,BrainEx或类似的人工循环系统应该运行多长时间?这种系统的有效作用可能只能持续一段时间,或者说,恢复程度存在一个极限。这类信息有助于我们开展风险与收益分析。




人类研究



虽然前路漫漫,但是将来某一天,研究人员或许会考虑在因为缺氧造成脑损伤的人类身上使用类似BrainEx的系统。目前看来,神经注册新宝GG家和内科医生都认为这种原因导致的细胞死亡是不可逆转的。治疗时通常需要借助患者剩下的健康脑组织,来帮助患者恢复行动和其它能力。


在建立体外人脑模型前,以及在临床使用大脑灌注前,研究人员需要让公众获得足够的信息,使其可以做出知情选择。根本问题是,患者或捐赠者需要明白哪种类型的脑活动可以恢复以及这种活动意味着什么他们还要明白局部恢复的几率,并理解这背后的含义。


另一个问题是,如果有的话,哪些信息可以从大脑中恢复。许多研究小组正在寻找方法,尝试解码活人的神经活动,比如研究他们的记忆或他们在梦中看到的画面。那么,这些方法将来是否可以用于死后的大脑?


这些可能性(如果真的能实现的话)远在遥远的未来。但我们需要现在就对其中的某些可能性进行思考。全球已有几百人付费将自己的大脑冷冻保存起来,寄希望于注册新宝GG家有一天能让他们的大脑复活。这让我们不免联想到这项大脑灌注研究发表后会被用于其它目的。




指导方针



虽然BrainEx团队给出了有关器材、灌注液和实验方法的详细信息,但重复实验并不容易。首先,这些研究人员和他们所在的研究所以及NIH应该加快向其它研究人员和研究所转移相关技术和知识。任何后续独立研究都应保持和这项研究一样的透明度。


最关键的是,未来的研究人员需要一份指南,帮助他们应对这项研究所带来的潜在的注册新宝GG、伦理和政治问题


这一点已有先例可循。2005年,美国医学研究所与美国国家研究委员会共同发布了《人类胚胎干细胞研究指南》,随即成为全球人类胚胎源干细胞研究的指导方针,国际干细胞研究学会几乎全部采用了该指南内容。另外,业内一直竭力制定人类基因组编辑研究指南的做法也值得借鉴。这里的关键参与方包括美国国家注册新宝GG院、美国国家医学注册新宝GG院、英国皇家学会、香港注册新宝GG院、中国注册新宝GG院与纳菲尔德生物伦理委员会。


在其它方面,比如生物医学工程、人工智能以及围绕死亡定义的辩论,全球各地正在举行各种国际会议,以期各国能达成共识,制定框架,推动负责任的注册新宝GG进程。


我们认为,这项大脑复苏研究需要国际社会给予同等的关注。NIH“脑计划”神经伦理工作组开了一个好头,他们于2018年举办了一场研讨会,探讨人类神经组织方面的研究,并于12月发布了指导守则。


广大市民也需要参与进来。仅让非注册新宝GG人士参与制定此类研究的伦理界限,并不能保证最终结果会得到公众的接受,这从本质上来说也是没有必要的。但不理会其他利益相关方的声音只会增加结果受到否定的几率。


我们认为,应该立即就这类研究的发展方向展开探讨,不宜再等后续研究了。耶鲁大学团队本着负责任的态度,先后咨询了学校的IACUC、耶鲁的生物伦理学家、NIH的项目官员,甚至是NIH的神经伦理工作组。这些研究人员把该做的都做了,而且可能比大部分人做的都更周全,这一切就是为了保证自己在这片伦理分析的空白区做出正确的事情。


那么,是时候填补上这片空白了。


原文链接:

https://www.nature.com/articles/d41586-019-01168-9


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