Hersencellen in dood varkensbrein opnieuw geactiveerd

Neurowetenschap Een nieuw apparaat kan de bloedstroom in dode varkenshersens weer herstellen. Tot zes uur daarna konden de zenuwcellen nog prikkels overdragen.

Links: onbehandeld varkensbrein, tien uur na het slachten. Rechts: geslacht varkensbrein tien uur na perfusie. De groene cellen zijn levende neuronen.
Links: onbehandeld varkensbrein, tien uur na het slachten. Rechts: geslacht varkensbrein tien uur na perfusie. De groene cellen zijn levende neuronen. Foto Yale School of Medicine

Een nieuw apparaat kan de bloedstroom weer op gang brengen en de activiteit van sommige cellen herstellen in varkenshersens die al vier uur dood zijn. De elektrische activiteit is zeer beperkt en niet voldoende voor bewustzijn, pijngevoel of andere hogere denkvermogens. De onderzoekers van de Yale School of Medicine hopen met hun systeem de gevolgen van zuurstofgebrek op het intacte brein beter te kunnen bestuderen.

De hersens van zoogdieren zijn gevoelige en energieslurpende organen. Als de bloedtoevoer stopt, vallen al binnen enkele seconden de overkoepelende elektrische activiteit en het bewustzijn weg. Vier minuten zonder zuurstof en glucose veroorzaken voortschrijdende en onherstelbare schade en celdood. Toch beschreven enkele eerdere onderzoeken experimenten, in plakjes hersenweefsel of bij gestorven katten en apen, waarin deze schade uren later nog leek te herstellen.

Hersenonderzoeker Nenad Sestan en zijn collega’s hebben nu een apparaat ontwikkeld en een speciale vloeistof, kunstbloed, waarmee grote-zoogdierhersens lange tijd bij lichaamstemperatuur voorzien kunnen worden van dat kunstbloed. Ze beschrijven het systeem, BrainEx, in een artikel dat woensdagavond in Nature verscheen.

Kunstbloed

Voor de experimenten gebruikten ze varkenskoppen uit het slachthuis, die anders zouden zijn weggegooid. Uit 32 koppen namen ze het brein en koppelden binnen vier uur de twee grote halsslagaders, die het brein van bloed voorzien, aan hun apparaat. Zes uur lang lieten ze het kunstbloed door elk brein lopen.

In de hersens die op deze manier waren behandeld, constateerden de Amerikanen niet alleen minder zwelling en celdood dan in onbehandelde breinen, ook zagen ze dat de functies van sommige cellen zich in de zes uur daarna herstelden. En de vaatwanden reageerden nog op medicijnen.

De onderzoekers richtten zich vooral op twee gevoelige hersengebieden, de prefrontale schors en de hippocampus. De wanden van zenuwcellen en het isolerende materiaal eromheen bleven daar beter intact, en ze maten er elektrische activiteit en prikkeloverdracht van zenuwcellen. Er was geen herstel van de algehele elektrische activiteit of van hersenfuncties.

De experimenten laten zien dat het brein met de juiste behandeling in staat is om de bloedcirculatie en de functies van cellen op gang te houden, en beter kan herstellen van zuurstoftekort dan altijd werd aangenomen.

Lees ook: Het grijze gebied tussen zenuwcel en bewustzijn

Vierminutengrens bestaat niet

Het werk van de onderzoekers van Yale bouwt onder meer voort op bevindingen die in het lab van neurobioloog Dick Swaab in het Nederlands Herseninstituut zijn gedaan. „Het hele idee dat hersencellen al na vier minuten onherstelbaar kapot zijn, klopt niet”, zegt Swaab. „Zelfs als wij materiaal pas tien uur na overlijden binnenkrijgen, kunnen wij in plakjes hersenweefsel de cellen nog eindeloos doorkweken. Dat het brein zo snel achteruitgaat wanneer de bloedtoevoer stopt, komt waarschijnlijk doordat de vaatwanden van minuscule bloedvaten opzwellen. Zo blokkeren ze de bloedtoevoer. Deze techniek kan een goede methode zijn om uit te vinden hoe we tijdens reanimeren die zwelling kunnen tegengaan. Het is ook een stap op weg naar betere methodes om een donor langer in goede conditie te houden voor orgaandonatie.”

Reanimatie en donatie

„Gedurfd en belangrijk werk”, zegt de Vlaamse neuroloog Steven Laureys, hoofd van de Coma Science Group van de Universiteit van Luik. „Hier sneuvelt een oud dogma. Als het hart irreversibel stopt zijn alle hersencellen dus nog niet dood. We kunnen ook hersenen reanimeren. Het brein is dus niet zo weerloos als we dachten. Het laat zien dat de vraag wanneer iemand overleden is, niet zo zwart-wit is. Dat zal van invloed kunnen zijn op beslissingen rondom reanimatie en orgaandonatie.”

Laureys vergelijkt de ontdekking van BrainEx met die van de kunstmatige beademingsmachine in de jaren 50, die tegenwoordig in elk ontwikkeld land routine is. „Dat apparaat herdefinieerde de dood. Er is nog veel verder onderzoek nodig met dit toestel, maar dit soort doorbraken gaan de boeken herschrijven. Ik ben ervan overtuigd dat dit toestel op termijn onze levenskwaliteit gaat verbeteren.”

Dat er geen overkoepelende hersenactiviteit te zien is, verrast Laureys niet. „Ze hebben alleen de twee halsslagaders aangekoppeld. De twee slagaders in de nek hebben ze afgeklemd. Die doorbloeden de hersenstam, en die is noodzakelijk voor wakker zijn. Je zou kunnen verwachten dat er wel bewustzijn in zo’n varkensbrein zou komen als je de perfusie zou uitbreiden naar die achterste slagaders.”

Luister ook naar deze aflevering van onze podcastserie Onbehaarde Apen: Hoe dichtbij is het digitale brein?
U kunt zich ook abonneren via iTunes, Stitcher, Spotify of RSS.