Voor het eerst zijn wetenschappers erin geslaagd om in een dood zoogdierbrein weer enige elektrische activiteit op te wekken. Met een hiervoor ontwikkeld apparaat lieten ze een speciale oplossing door een varkensbrein stromen. Hoewel deze hersens al vier uur dood waren, begonnen de hersencellen toch weer enige activiteit te vertonen.

De onderzoekers, van Yale University in de Verenigde Staten, benadrukken dat de breinen niet tot leven zijn gewekt. Er is weliswaar elektrische activiteit opgewekt, maar die is nog niet zodanig gecoördineerd dat er gesproken kan worden van bewustzijn, gevoel voor pijn of hogere denkvermogens. De wetenschappers publiceerden de details van het onderzoek gisteren in het wetenschappelijke tijdschrift Nature.

Centraal bij deze medische doorbraak staat een apparaat dat de onderzoekers hebben ontwikkeld, BrainEx (zie afbeelding hieronder). Dit wordt aangesloten op de twee belangrijkste slagaders van een varkensbrein. Het apparaat begint nu met het circuleren – bij normale lichaamstemperatuur, 37 graden Celsius – van een soort kunstmatig bloed door het vatenstelsel van het varkensbrein. In deze vloeistof zitten onder meer zuurstof en contrastmiddelen die het mogelijk maken om de (slag)aders af te beelden. Ook zitten er chemicaliën in die de signalen van zenuwen blokkeren.
 

Schematische weergave van de BrainEx-machine. Bron: Vrselja et al., Nature, 2019.


 

Varkenskoppen

Nadat BrainEx begon met circuleren van deze vloeistof, kwam er weer activiteit in sommige cellen van het varkensbrein. In twee controlegroepen, waarbij varkensbreinen respectievelijk een neutrale vloeistof en geen vloeistof toegediend kregen, kwam geen activiteit in de hersencellen op gang en vielen ze snel uit elkaar. Het team voerde het onderzoek trouwens uit met 32 varkenskoppen die kwamen van een slachthuis (en die dus anders weggegooid waren).

De breinen aan de BrainEx-machine zwelden minder op en er stierven minder cellen af dan bij de controlegroepen. De structuren van de cellen bleven beter intact en er vonden af en toe elektrische prikkels plaats tussen hersencellen. Deze resultaten bleven zich voordoen in de zes uur dat de breinen aan de ‘doorbloedings-machine’ hingen.



Urenlang

Het nieuwe is dat voor het eerst is waargenomen dat een dood brein (van een zoogdier) met de juiste behandeling urenlang te conserveren is. En activiteit die weg was, komt zelfs deels weer op gang. Tot nu toe was de overtuiging dat een brein na een minuut of vier van zuurstoftekort (bijvoorbeeld door een hartstilstand) niet meer te redden is.


Hersendood

De nieuwe machine biedt dus misschien wel uitzicht op een manier om de hersendood van mensen langer uit te stellen. Het zal hoe dan ook nog lang duren voor dit beschikbaar komt in het ziekenhuis; dit is immers pas de eerste stap, met varkensbreinen.

Wél kan de BrainEx-machine op kortere termijn al gaan bijdragen aan wetenschappelijk onderzoek. Bijvoorbeeld om te kijken wat het effect is van een hersenbeschadiging op cellen en hun onderlinge verbindingen. Of hoe medicijnen het brein beïnvloeden.
 

Vooruitgang

Dat is een enorme vooruitgang, want tot nu toe moesten wetenschappers het bij onderzoek vaak doen met een ingevroren (of op een andere manier geconserveerd) brein. Maar daaraan kun je met microscopen alleen kijken naar de structuren, en naar de biochemische samenstelling. Hoe hersencellen onderling interacties hebben – en hoe die samenhangen met bepaalde functies – daarvoor heb je toch echt een brein nodig waar meer leven in zit.
 

Beademingsmachine

Het belang van dit onderzoek lijkt groot. In NRC vergelijkt een neuroloog de BrainEx-machine met de kunstmatige beademingsmachine die in de jaren vijftig van de vorige eeuw werd ontwikkeld. ‘Dat apparaat herdefinieerde de dood. Er is nog veel onderzoek nodig met dit toestel (de BrainEx, red.), maar dit soort doorbraken gaan de boeken herschrijven.’
 

Half levend

Ook ethisch gezien levert de doorbraak van de Yale-onderzoekers genoeg stof tot nadenken op. Want het begrip ‘dood’ gaat op de helling. Waar men vroeger dacht dat dat het brein na een minuut of vier zonder zuurstoftoevoer niet meer kon herstellen, blijkt dat misschien wel niet te kloppen. ‘We hadden een duidelijke afscheiding tussen “dit leeft” en “dit is dood”. Maar wat denken we nu over deze tussencategorie “half-levend”? We hadden niet gedacht dat dit kon bestaan’, zegt bioethicus Nita Farahany in de New York Times.


Openingsbeeld: microscoopbeelden van de varkensbreinen, waarop verschillende celtypen zijn gekleurd. Neuronen zijn groen, astrocyten (steuncellen in de zenuwbaan) zijn rood en celkernen blauw. Links een detailopname van het onbehandelde varkensbrein tien uur na overlijden van het dier, rechts een brein dat zes uur aan de BrainEx-machine heeft gehangen. De conclusie is dat tien uur na de dood van het varken, de neuronen en astrocyten uit elkaar vallen, tenzij het brein met de BrainEx-machine wordt behandeld. Bron: Stefano G. Daniele & Zvonimir Vrselja; Sestan Laboratory; Yale School of Medicine.