Hjärnorna som ställer döden på huvudet

Ett banbrytande experiment med hjärnor ställer vedertagna uppfattningar om jordelivets slut på huvudet. Nu är det inte längre självklart var gränsen går mellan död och levande.  Schrödingers katt — den som i ett berömt tankeexperiment var både levande och död — har fått verkliga kompisar i ett laboratorium.

I försöket lyckades forskare i USA väcka aktivitet i hjärnors celler till liv flera timmar efter döden. Resultatet går emot vetenskaplig visdom om att nervceller dör snabbt och oåterkalleligt när tillförseln av blod med näring och syre till hjärnan har stoppats.

Experimentet, som utfördes i ett laboratorium på Yale School of Medicine, gör både att kunskaper växer och att frågorna blir fler.

”Vi har tydliga gränser mellan ’det här är levande’ och ’det här är dött’. Hur ska vi nu betrakta den här mellankategorin ’delvis levande’. Vi trodde inte att den kunde existera”, säger Nita A Farhany, bioetiker och juridikprofessor vid Duke University, till The New York Times.

“NÄSTAN HELT DÖD ÄR LITE LEVANDE”

I en artikel i Nature påminner Farhany och andra forskare om en replik ur filmen The Princess Bride:

”Det är stor skillnad mellan nästan helt död och helt död. Nästan helt död är lite levande” citerar de och fortsätter:

“Allt okänt inräknat, upptäckten att hjärnor kan fås att verka ’lite levande’ har följder som etiker, lagstiftare och samhället nu måste tänka igenom i vidare perspektiv”.

BEDÖVNING I BEREDSKAP

Stephen Latham, chef för Yales bioetiska centrum, berättar på hemsidan att experimentet inte gick ut på att återuppväcka medvetande. Forskarna vid Yale School of Medicine var också redo att ingripa med bedövning och sänka temperaturen om hjärnorna visade sådana tecken.

Under experimentet använde de sammanlagt 32 grishuvuden från ett köttpackeri. Skallarna hade skiljts från djurens kroppar fyra timmar tidigare och därefter förvarats i rumstemperatur. På laboratoriet frilades hjärnorna med hjälp av kirurgi, och vissa placerades i ett slags kammare. Andra sparades för att det senare skulle gå att göra jämförelser med hur obehandlade hjärnor påverkades.

LIKNADE HJÄRTATS SLAG

Forskarna anslöt de hjärnor som placerats i kamrarna via blodkärl till ett system av datastyrda filter och pumpar, som imiterade hjärtats rytm. I sex timmar försågs organen med en experimentell lösning av kemikalier och näring.

Vätskan innehöll även ämnen som blockerar nervsignaler. På så vis antog forskarna att det skulle vara lättare att bevara cellerna och eventuellt få deras ämnesomsättning att starta på nytt. Samtidigt var det en försiktighetsåtgärd, eftersom ingen ville riskera att väcka medvetande till liv.

Blandningen innehöll däremot inga celler, syret transporterades med hjälp av ett hemoglobinbaserat ämne.

TOG UPP NÄRING OCH SYRE

Via ultraljud kunde forskarna följa hur processen återställde både stora och små blodkärls förmågor att transportera syre och näring.  Vissa cellers ämnesomsättning startade på nytt, de kunde ta upp glukos och syre. Nervceller svarade även på preparat som tillfördes vätskan.

På det stora det hela återfick de behandlade hjärnorna en struktur som har större likheter med hjärnor hos levande grisar än hos de obehandlade hjärnor som forskarna jämförde med.

Forskarna granskade också vävnadsprover, och upptäckte då att enstaka celler också skickade nervimpulser. Men det var aldrig frågan om någon omfattande elektrisk aktivitet av det slag som kännetecknar högre hjärnfunktioner som medvetande eller intelligens.

“ETT VERKLIGT FRAMSTEG”

”Det här är ett verkligt framsteg. Detta har aldrig tidigare gjorts i en stor, intakt däggdjurshjärna”, säger Andrea Beckel Mitchener, som leder hjärnforskningen vid USA:s National Institutes of Health, till The New York Times.

”Allt var överraskande”, sammanfattar forskaren Zvonimir Vrselja på Yale School of Medicine enligt The Atlantic.

Han utförde större delen av experimentet i samarbete med forskarkollegan Stefano Daniele. Laboratoriechefen Nenad Sestan ledde studien, som också är publicerad i Nature.

”Kliniskt är detta ingen levande hjärna utan en cellulärt aktiv hjärna”, säger Vrselja enligt Yale School of Medicines hemsida.

BEHANDLINGEN KALLAS BRAINEX

Yaleforskarna har döpt systemet för behandling till BrainEx, som har vissa likheter med hur dialys fungerar för njurpatienter. Det ger nu hopp om bättre möjligheter att kunna följa och studera komplexa processer i intakta hjärnor.

Tidigare har forskare varit hänvisade till studier av hela hjärnor under statiska förhållanden. Men framför allt har de undersökt vävnadsprover. 

När sådana används förloras dessvärre mycket av den tredimensionella strukturen eftersom hjärnvävnad pressas ihop. Men det var under tidigare analysarbeten med prover som Yaleforskarna fick idén om att utföra experiment på intakta hjärnor och bygga BrainEx-systemet för att kunna genomföra försök.

TECKEN PÅ LIVSKRAFT

Celler hade nämligen regelbundet visat tecken på livskraft — även i fall där vävnadsprover tagits flera timmar efter döden. Studier har också visat att levande celler kan odlas sedan de tagits från en hjärna sedan döden inträtt.

”Det tyder på att celler i en hjärna har kapacitet för att kunna återupplivas efter döden. Om vi kan göra det i en petriskål, kan vi då göra det med en intakt hjärna? säger laboratoriechefen enligt CBS News.

Uppenbarligen är svaret på frågan ja. Åtmstone i grishjärnor, och åtminstone i begränsad omfattning.

KAN ANVÄNDAS AV ANDRA

Med hjälp av BrainEx förutspås det också bli enklare att till exempel kartlägga orsaker bakom hjärnsjukdomar. Yale har fått flera patent på behandlingssystemet, men tekniken har också gjorts tillgänglig för att andra ska kunna använda den i vetenskaplig forskning.

BrainEx tros också ha potential att småningom kunna bidra till att rädda hjärnfunktioner hos strokepatienter. Tester av nya behandlingar för att få hjärnan att återhämta sig efter skador är ett annat möjligt användningsområde som Yale School of Medicine pekar ut.

“VERKLIGT UPPSPELTA”

”Vi är verkligt uppspelta över det här som en plattform för att få oss att bättre kunna förstå hur vi kan behandla människor som har haft hjärtattacker och förlorat normalt blodflöde till hjärnan, säger Khara Ramos, chef för Neurogethics-programmet vid USA:s National Institute of Neurological Disorders and Stroke, till National Geographic.

”Det ökar våra möjligheter att studera celler som de existerar, kopplade till varandra på ett tredimensionellt, omfattande, komplicerat vis, tillägger hon.

DÖDEN INTRÄDER SNABBT

Forskare har hittills utgått från att hjärnaktivitet och medvetande försvinner från och med några sekunder till några få minuter efter att blodflödet till hjärnan stoppats. Vi blir medvetslösa på kort tid; energidepåerna töms raskt.

Sätts inte cirkulationen åter i gång snabbt inleds en omfattande process av celldöd, som oåterkalleligen slutar med att hela organismen dör.

NEDBRYTNINGEN STARTAR

Nedbrytningsprocessen inleds med att koldioxid byggs upp. Blodet blir surare (pH-värdet sjunker) och den kraftfulla signalsubstansen glutaminsyra börjar att läcka och blir snabbt giftig. Olika enzymer sätter i gång nedbrytning av vävnad, mindre hjärnstrukturer och blodkärl brister.

Tack vare Yalestudien vet vi nu att processen inte är oåterkallelig eller fullständig. Med behandling i BrainEx går det att väcka aktiviteter i hjärnceller till liv åtminstone fyra timmar efter det att tillförseln av näringsämnen och syre via blodet har stoppats.

”På så vis öppnar den möjligheter som tidigare var otänkbara”, skriver Nita A Farhany och de andra bioetikerna i Nature.

MYCKET ÄNNU OKÄNT

De påpekar att det är oklart om normal hjärnaktivitet hade kunnat återfås om forskarna som utförde experimentet inte hade blockerat nervimpulserna på kemisk väg.

Det är heller inte känt om sådant som återuppväckande av medvetande skulle kunna kräva något som liknar chockbehandling vid hjärtstopp. Är också ovisst vad som händer om hjärnor behandlas under längre tid i BrainEx än de sex timmar som Yaleforskarnas experiment pågick.

Men Farhany och de andra bioetikerna betonar att forskarna vid Yale höll försöket inom de amerikanska regelverkens ramar:

”För att vara tydliga, BrainEx-studien bröt inte mot några etiska riktlinjer för forskning”, skriver de.

MÖJLIGT RÄDDA HJÄRNDÖDA?

Som alla studier har experimentet ett gediget vetenskapligt värde först om det kan upprepas av andra med samma eller liknande resultat. Men det har redan fötts tankar på att behandlingar kan bli möjliga för att rädda hjärndöda.

Nenad Sestan skruvar dock ner förväntningarna. Han förutspår att BrainEx inte är någon framkomlig väg till sådana genombrott.

“Det är skillnad på att rädda hjärnceller jämfört med att få i gång hjärnans komplexa elektriska funktion”, säger han.

MÖJLIGT BEVARA ANDRA ORGAN

Yales bioetiker Stephen Latham ser däremot framför sig att BrainEx-tekniken kan komma till användning för att bevara andra organ inför transplantationer.

”Det är säkert att anta att om det fungerar för att bevara hjärnceller, kommer det också – efter visst knåpande – gå att behålla funktionerna intakta hos mindre känsliga organ”, säger han enligt CBS News.

RESPIRATORN ETT FRAMSTEG

Under lång tid var föreställningen att döden inträffade när hjärtat stannade och andningen upphörde. Med uppfinningen av respiratorn gick det senare att hålla liv i kroppar under lång tid. Utveckling inom hjärtkirurgi och transplantationsteknik ledde till att hjärtstopp inte behövde innebära slutet.

Modern hjärnforskning ledde fram till att läkare vid Harvard 1968 introducerade begreppet ”oåterkallelig koma”, som ligger till grund för definitioner av hjärndöd.

Karolinska institutet berättar på sin hemsida om hur begreppet uttolkas i Sverige:

”Tillstånd av varaktigt, oåterkalleligt uppehåll av all hjärnaktivitet, inklusive nedre hjärnstamsfunktioner, med fullständig frånvaro av viljestyrda rörelser, svar på retningar, hjärnstamsreflexer och spontana andetag. Reversibla förhållanden som liknar detta kliniska tillstånd (t ex sömnmedelsöverdosering, hypotermi m fl) skall uteslutas innan hjärndöd fastställs”.

TECKEN PÅ LÅNGSAMMARE PROCESS

Men redan innan BrainEx-behandlingen testades experimentellt vid Yale har det funnits tecken på att hjärnan inte slås ut fullt så snabbt som de flesta utgått från.

Mitokondrier, som bidrar till att förse nervceller med energi, kan fungera upp till tio timmar efter döden. Forskare har också lyckats få hjärnor hos katter och makaker att återhämta sig genom att försiktigt återställa cirkulation en timme efter det att blodflödena stoppats.

 2007 rapporterade forskare att hjärnfunktionerna återställdes helt hos en kvinna, vars kroppstempertur hastigt hade sjunkit till endast 18,3 grader. Kontrollerad nedkylning används numera inom till exempel behandling vid stroke, för att minska risken för hjärnskador.

URÅLDRIGT HOPP OM EVIGT LIV

Världslitteraturen är full av berättelser om människor som återfår liv efter döden. Kristi återuppståndelse och Odysseus nedstigning i och flykt från Hades – speglar våra hopp och drömmar om evigt liv. Tankarna tillförs dimensioner av skräck i berättelser om spöken, vampyrer och zombier.

Över alltsammans härskar föreställningar om eviga lyckoriken och dess helvetiska motpoler där själar plågas intill tidens ände. Århundranden av upplysning, rationalitet, medicinska och tekniska genombrott har hjälpt oss att bättre förstå processerna bakom liv och död, men kunskaperna bidrar kanske inte alltid att uthärda och försonas med tankar på att vi och dem vi älskar inte alltid ska leva.

JERSILDS YPSILON VÄCKER FRÅGOR

I romanen ”En levande själ” berättar författaren och läkaren PC Jersild om en hjärna från en döende som forskare håller vid liv i ett akvarium. Författaren kallar den Ypsilon, och likt grishjärnorna på Yale får den näring och syre genom personalens försorg. ”En levande själ” väcker frågor om död och liv som liknar dem som uppkommer av BrainEx. Hur kan någon vara både död och levande?

När fysikern Erwin Schrödinger på 1930-talet publicerade sitt tankeexperiment om en katt, som i ett teoretiskt tillstånd var både levande och död, var det för att bevisa orimligheter i vissa hypoteser inom kvantmekaniken.

LÅTSASKATTENS VERKLIGA KOMPISAR

Nu har Schrödingers tankekatt fått kompisar i form av grishjärnor på ett laboratorium på Yale School of Medicine i New Haven i Connecticut. De är inte orimliga utan fullt möjliga, verkliga och bevisade i ett experement.

BrainEx är ännu en förflyttning av döden – som historiskt gått från hjärtdöd till hjärndöd – med ett kliv ut i hittills okänd terräng.

Som alltid i mänsklighetens schackspel med liemannen blandas hopp och skräck.

”Blir det nattsvart eller?” som PC Jersilds Ypsilon frågade när personal avslutade experimentet i romanens allra sista mening.

Illustration, credits: Freepik.com, kjpargeter

Illustration, credits: Freepik.com, kjpargeter