биомолекула.ру. Взгляд изнутри.
 

Логин:
Пароль:


Голова профессора Канаверо

[13 октября, 2016 г.]

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Голова, живущая отдельно от тела — предмет не одной фантастической повести: «Голова профессора Доуэля», «Человек без тела», «Франкенштейн», наконец, даже мультипликационного сериала «Футурама»! Научная фантастика и наука так тесно переплетены, что порой не удается понять, что реальнее. На арене медицинских открытий, под пристальным взором миллионов зрителей, сейчас находится итальянский нейрохирург Серджио Канаверо, который уверен, что в его силах превратить фантастику в подлинный научный прорыв. Помочь шагнуть медицине в будущее он собирается путем трансплантации головы пациента с мышечной атрофией на донорское тело.

Из курса истории

Обратите внимание!

Эта работа опубликована в номинации «Свободная тема» конкурса «био/мол/текст»-2016.


Генеральным спонсором конкурса, согласно нашему краудфандингу, стал предприниматель Константин Синюшин, за что ему огромный человеческий респект!


Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма «Атлас».

Сергей Брюхоненко

Корни фантастических романов о пересадке головы растут прямиком из советских лабораторий. В 1928 году научное сообщество было потрясено живой головой собаки, покоящейся на блюдечке и реагирующей на внешние раздражители (рис. 1а). Физиолог и доктор медицинских наук Сергей Сергеевич Брюхоненко в воронежском Институте экспериментальной физиологии и терапии создал первый в мире аппарат искусственного кровообращения — автожектор, который позволил собачьей голове прожить 1 час 40 минут отдельно от тела, реагируя при этом на воздействия окружающего мира: она моргала, высовывала язык и проглатывала кусочки сыра, которые тут же выскальзывали из пищеводной трубки [1].

Эксперимент Брюхоненко

Рисунок 1. Эксперимент Брюхоненко. а — Голова собаки, покоящаяся на блюдечке. б — Автожектор кровоснабжает голову собаки. Рисунки с сайта rumbur.ru и из видео youtube.com.

Автожектор был имитацией сердца животного и осуществлял два круга кровообращения. Роль артерий и вен выполняли резиновые трубки, соединявшиеся в большом круге с головой собаки, а в малом — с ампутированными легкими (рис. 1б). Автожектор состоял из резервуара, который через систему трубок подавал артериальную кровь в артериальный насос, снабжающий головной мозг. Через венозный нанос происходил отток венозной крови. Кровь в резервуаре постоянно снабжалась кислородом (видео 1).

Видео 1. Советский документальный фильм 1940 года «Эксперименты по оживлению организма» о работах Сергея Брюхоненко

Брюхоненко писал: «Особенно активные движения шли за раздражением слизистой носа зондом, введенным в ноздрю. Это раздражение вызывало у головы такую энергичную и длительную реакцию, что даже открывалось кровотечение из места отреза и чуть не были оборваны трубки, присоединенные к ее сосудам. Голову пришлось удерживать на тарелке руками. Создавалось впечатление, что голова собаки пыталась освободиться от внедренного в ноздрю зонда. Голова несколько раз открывала рот, и, по выражению наблюдавшего этот эксперимент профессора А. Кулябко, казалось, что она будто пытается лаять и выть».

Хотя зрачковый, роговичный и некоторые другие рефлексы собачьей головы были сохранены, жизнеспособной она, конечно, не была. Но Брюхоненко и не стремился обеспечить голове полную жизнеспособность, отделив ее от тела; он хотел поддерживать жизнеобеспечение организма и его отдельных органов в условиях больших кровопотерь. Современная реаниматология и трансплантология обязана своим существованием именно автожектору Брюхоненко, за что в 1965 г. посмертно он и был удостоен Ленинской премии. Его опыт послужил отправной точкой для идеи Серджио Канаверо.

Владимир Петрович Демихов

Первую успешную пересадку головы млекопитающего провел в 1954 году Владимир Петрович Демихов [2]. Голову щенка-донора с передними лапами он пересадил взрослой немецкой овчарке-реципиенту на шею. Два крупных сосуда щенка-донора (аорта и полая вена) соединил с крупными сосудами шеи взрослой собаки. Создание соустий происходило таким образом, что кровообращение в подсаженной голове ни на минуту не прекращалось. После сшивания сосудов создавался общий круг кровотока, и пересаженная голова щенка начинала жить за счет дыхания и кровообращения взрослой собаки (рис. 2).

Эксперимент Демихова

Рисунок 2. Эксперимент Демихова. а — Схема кровоснабжения головы щенка-донора и тела овчарки-реципиента. б — Двухголовая собака лакает воду из рук Демихова. в — Демихов демонстрирует взрослую собаку-рецепиента и подсаженную к ней голову щенка-донора. Рисунки с сайта nikakult.de, unbelievable.su и kp.ua.

В результате эксперимента наблюдалось полное сохранение всех жизненных функций головы: она реагировала на окружающее, смотрела в глаза подходящим к ней людям, облизывалась при виде еды, могла укусить за уши собаку-реципиента, если та причиняла неудобства голове, при повышенной температуре в комнате высовывала язык и производила учащенные дыхательные движения. Сон у пересаженной головы наступал независимо от бодрствования или сна собаки-реципиента.

Спустя несколько дней после операции начался отек тканей пересаженной головы, нарушалось кровообращение. Пересаженная голова приобретала форму шара, глаза полностью заплывали, язык не помещался в ротовой полости. Если надавливали на кожу пальцем, то оставалась ямка. «Чужую голову пришлось удалять, чтобы спасти собаку, принявшую к себе часть другого организма», — писал Демихов. Из многих десятков опытов лишь одна пересаженная голова сохраняла жизнеспособность в течение 32 дней, благодаря близкому родству тканей собак и совпадению групп крови.

Владимир Демихов — отец мировой трансплантологии и учитель Кристиана Барнарда, осуществившего первую в мире пересадку человеческого сердца, — протоптал проложенную Брюхоненко дорожку в дремучую неизвестность трансплантации головы [3].

Роберт Уайт

Последователь Демихова — Роберт Уайт — в 1970 году успешно пересадил голову обезьяны-донора на тело обезьяны-реципиента (рис. 3).

Опыт Роберта Уайта

Рисунок 3. Схематическое изображение опыта Роберта Уайта с обезьянами. Рисунок с сайта cbsnews.com

Трансплантация головы прошла успешно, однако, Уайту не удалось соединить ствол спинного мозга с головным, поэтому, хотя жизненные функции были сохранены, туловище было парализовано. Кроме того, обезьяна скончалась через девять дней вследствие иммунного ответа тела (видео 2).

Уайт писал: «То, что было достигнуто на животной модели, полностью выполнимо и в человеческой сфере. То, что всегда принадлежало научной фантастике — станет клинической реальностью в начале 21-го века. Трансплантацию головы вместе со значительными улучшениями в хирургических технологиях и ведением послеоперационного периода уже сейчас возможно рассматривать для адаптации методов пересадки головы к людям» [4–6].

Видео 2. Фильм об успешных операциях по пересадке головы. Удивительный документальный фильм рассказывает о необычном соревновании между русскими и американскими учеными по пересадке головы.

Протокол Gemini

Серджио Канаверо надеется на более благоприятный исход экспериментальной операции, нежели у его предшественников: он стремится к полному восстановлению жизнеспособности. Проблем, стоящих перед ним, великое множество: от этических до практических медицинских.

I. Этично ли отрезать голову?

Как воспримут представители различных религий трансплантацию головы? По мнению некоторых конфессий, именно голова является вместилищем души. Следовательно, отделить ее от тела и переместить в другое — недопустимо. Однако и пересадка сердца встречала в свое время бурю негативных эмоций, а впоследствии стала рядовой операцией, которая каждый день спасает сотни жизней.

Что же касаемо личности человека? Будет ли пациент ощущать себя самим собой? Пересадка конечностей, почек, печени или сердца по отдельности уже несет в себе психологическую травму для человека. Что почувствует реципиент, если пересадить ему чужое туловище? Будет ли оно восприниматься мозгом как свое собственное? Нескончаемый поток вопросов адресуется итальянскому нейрохирургу. Психологические проблемы, которые, несомненно, возникнут у пациента, он намерен купировать курсом психотерапии.

В норме информация от проприорецепторов, которые отвечают за напряжение в мышцах, а также тактильных рецепторов, отвечающих за прикосновения, поступает в кору больших полушарий головного мозга, где вместе с информацией от органов зрения формирует у человека образ тела. При любом изменении данных от этих рецепторов образ изменяется. Обычно это протекает постепенно и практически незаметно — например, когда человек растет. Радикальная перемена в составе тела может повлечь за собой плачевные последствия. Возможно, пациент не сможет принять новое тело, кора головного мозга запомнит форму и силу конечностей предыдущего тела, а раз их ощущение никуда не ушло, эти уже не существующие конечности будут восприниматься как фантомные [7].

II. От слов — к телу. Резать или не резать?

Этика — это лишь одна сторона медали. Другая — практические проблемы функционирования чужого туловища.

Реиннервация

Строение нитрида кремния

Рисунок 4. Строение нитрида кремния. Рисунок с сайта wikipedia.org

Одна из главных проблем, стоящая перед хирургом, это реиннервация — восстановление проводящих нервных путей от головного мозга к спинному. Иначе мозг не сможет контролировать свое новое тело, и пациента постигнет участь обезьян Уайта, которые, хотя и получили новые тела, оставались парализованными.

Канаверо утверждает, что обеспечить реципиенту полноценную жизнедеятельность возможно. Кроме того, он стремится к наименьшим повреждениям нервных путей. Нейрохирург предлагает использовать нанонож из нитрида кремния (рис. 4), чтобы одновременно отделить головы донора и реципиента.

Это соединение кремния и азота обладает высокой ударной прочностью, а чем больше сила, прикладываемая к спинному мозгу во время его пересечения, тем меньше повреждаются нервные пути, входящие в его состав.

Соединить головной мозг реципиента и спинной мозг донора доктор Канаверо намерен посредством полиэтиленгликоля (ПЭГ) — синтетического полимера, применяемого десятки лет в промышленности, фармацевтике, машиностроении, косметике. В медицине первое упоминание о ПЭГ встречается в 1990 году, в статье «Ускоренное слияние разделенных аксонов с использованием полиэтиленгликоля» [8]. Профессор нейробиологии Джордж Биттнер описал воздействие ПЭГ в качестве «биоклея» на механически пересеченную нервную систему дождевого червя: слияние нервных клеток достигло 80–100%. Биттнер продемонстрировал результат действия «биологического цемента» на данных с электронных микроскопов (рис. 5) [9, 10].

Функции опорно-двигательного аппарата после повреждения спинного мозга

Рисунок 5. Данные электронного микроскопирования — функции опорно-двигательного аппарата после повреждения спинного мозга под влиянием ПЭГ и без него. Рисунок из [9].

В контрольном образце без применения ПЭГ целостности клеток при идентичных условиях не наблюдалось. ПЭГ не токсичен, предохраняет мембраны разъединенных аксонов от распада, предотвращает образование рубца на месте надреза спинного мозга, который в обычных условиях полностью блокирует проводимость нервных импульсов (рис. 6). В 2001 году ПЭГ использовали в экспериментах на морских свинках. Ричард Боргенс и Дебора Бонер в статье «Быстрое восстановление после травм спинного мозга с применением полиэтиленгликоля» утверждают, что при введении через сосудистую систему полимер концентрируется в месте разрыва, пропуская нетронутые участки, и вызывает спонтанный рост и соединение до 20–30% клеток спинного мозга животных [11].

Положительное влияние ПЭГ

Рисунок 6. Положительное влияние ПЭГ на разъединенные нервные волокна. а — Организм пытается залечить повреждение нерва за счет образования пузырьков, которые запечатывают оба конца. б — Стандартная хирургическая операция переподключает нервы, но уплотнения на месте разрыва препятствуют прохождению некоторых сигналов. в — Новый метод позволяет остановить уплотнение места разрыва с помощью раствора, который предотвращает формирование пузырьков, освобождая место повреждения от кальция. г — Использование полиэтиленгликоля для связывания концов. д — Добавление богатого кальцием раствора для стимулирования продукции пузырьков и «герметизация» соединения. Рисунок с сайта newscientist.com.

Корейские ученые, сотрудничающие с Канаверо, проводили такие опыты на мышах. Спустя 4 недели у пяти из восьми животных, получавших ПЭГ, двигательная способность восстановилась (видео. 3).

Видео 3. Мышь, которой путем обработки ПЭГ разъединенных спинного и головного мозгов, вернули полную двигательную активность

Помимо ПЭГ, нейрохирург планирует использовать эпидуральную стимуляцию, посредством которой спинной мозг будет получать электрические сигналы, побуждающие его к работе (рис. 7).

Эпидуральная стимуляция спинного мозга

Рисунок 7. Схематическое изображение эпидуральной стимуляции спинного мозга. Рисунок с сайта nibib.nih.gov. Нажмите на рисунок, чтобы посмотреть его в полном размере.

Кислородное голодание

Обеспечить сохранность мозга Канаверо собирается путем хранения его в условиях гипотермии (при 10–15 °C) — это даст клеткам возможность долго оставаться жизнеспособными без кислорода. Гипотермию применяют во время операций на глубоких участках мозга [12].

Китайский коллега итальянского хирурга Жень Сяопин, который провел в 1999 г. первую в мире пересадку рук, повторил опыт Уайта с трансплантацией головы обезьяне, только в условиях гипотермии, и обезьяна перенесла процедуру без неврологических повреждений (рис. 8, 9) [13].

Обезьяна, перенесшая трансплантацию головы

Рисунок 8. Обезьяна, перенесшая трансплантацию головы. Рисунок с сайта newscientist.com.

Срезы спинного мозга обезьяны

Рисунок 9. Срезы спинного мозга обезьяны. а — Схематическое изображение среза. б — Наноразмерность среза: визуализация разрезанного коркового-спинномозгового пути и его аксонов. Рисунок из [14].

Иммунный удар по голове

Еще одна глобальная проблема, стоящая перед Канаверо — это иммунная реакция тела на чужую голову. Обезьяна из опыта Уайта скончалась именно из-за того, что иммунная система тела отвергла искусственное приобретение организма. Реакция «трансплантат против хозяина» — не редкость. Вероятность того, что тело взбунтуется против чужака, очень велика. У мозга в иммунной системе особое положение: он относится к иммунопривелигированным органам (вместе с семенниками, глазами, щитовидной железой). Иммунитет «не знает» о существовании этих органов. Однако в случае травм, когда антигены забарьерных органов попадают в системный кровоток и «захватываются» иммунокомпетентными клетками, начинается реакция отторжения своих же тканей. Операция как раз и будет той самой травмой. Помимо этого, у мозга есть своя иммунная система, представленная микроглией. Следовательно, возникает иммунологический конфликт между микроглией головного и спинного мозга.

Подавить реакцию нейрохирург собирается применением иммуносупрессоров.

План — К

Всего час будет дан хирургической команде профессора Канаверо, чтобы осуществить цефалосоматическое анастомозирование.

Для ускорения восстановления он собирается вводить пациентов после операции на несколько недель в искусственную кому, чтобы исключить возможные движения и обеспечить лучшее сращивание тканей и нейронов. Во время этого периода посредством эпидуральной стимуляции будет осуществляться побуждение поврежденных частей нейронов к росту. В случае успешного завершения операции Канаверо рекомендует назначить пациенту курс психотерапии и физиотерапии.

Большие надежды

Протокол Gemini, разработанный Серджио Канаверо для трансплантации головы, открыл ящик Пандоры [14]. Скептицизм по поводу реальной возможности пересадки головы на донорское тело набирает все бóльшие обороты с каждым днем. Научное сообщество разделилось на сторонников и противников итальянского нейрохирурга. Пациенты, обреченные своими диагнозами на муки жизни, затаив дыхание, с надеждой ждут результатов грядущей операции (рис. 10). Сам же хирург считает, что тетраплегию (паралич четырех конечностей) можно излечить только трансплантацией: «В долгосрочной перспективе органы тела слабеют, поэтому пациентам нужно новое тело — иначе, даже если вы восстановите спинной мозг, далеко вы не уйдете».

2017 год откроет завесу тайны: возможна ли действительно такая фантастическая операция, как пересадка головы.

Серджио Канаверо с Валерием Спиридоновым

Рисунок 10. Серджио Канаверо со своим пациентом Валерием Спиридоновым, больным мышечной атрофией [15]. Рисунок с сайта utro.ru.

Литература

  1. Брюхоненко С.С. (1937). Применение метода искусственного кровообращения для оживления организма. Сб. Тр. Ин-та эксп. физиологии и терапии1, 32–34;
  2. Лихачева Г.В. (2002). У истоков трансплантологии. Биология43;
  3. Демихов В.П. Пересадка жизненно важных органов в эксперименте. М.: Медгиз, 1960. — 260 c.;
  4. Segall G. (2010). Dr. Robert J. White, famous neurosurgeon and ethicist, dies at 84. Cleveland.com;
  5. White R.J., Wolin L.R., Massopust L.C. Jr., Taslitz N., Verdura J. (1971). Cephalic exchange transplantation in the monkey. Surgery70, 135–139;
  6. Brain transplants. (2014). BBC reports archive;
  7. Кованов В. Эксперимент в хирургии. М.: Молодая гвардия, 1989. — 240 с.;
  8. Krause T.L. and Bittner G.D. (1990). Rapid morphological fusion of severed myelinated axons by polyethylene glycol. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 87, 1471–1475;
  9. Bittner G.D., Rokkappanavar K.K., Peduzzi J.D. (2015). Application and implications of polyethylene glycol-fusion as a novel technology to repair injured spinal cords. Neural. Regen. Res. 10, 1406–1408;
  10. Bittner G.D. and Fishman H.M. Axonal sealing following injury. In: Nerve regeneration / ed. by Ingoglia N. and Murray M. NY: Marcel Dekker, 2000. P. 337–369;
  11. Borgens R.B., Shi R., Bohnert D. (2001). Behavioral recovery from spinal cord injury following delayed application of polyethylene glycol. J. Exp Biol. 205, 1–12;
  12. Canavero S. (2013). HEAVEN: The head anastomosis venture Project outline for the first human head transplantation with spinal linkage (GEMINI). Surg. Neurol. Int. 4, S335—S342;
  13. Wong S. (2016). Head transplant carried out on monkey, claims maverick surgeon. New Scientist;
  14. Canavero S. (2015). The “Gemini” spinal cord fusion protocol: reloaded. Surg. Neurol. Int. 6, 18;
  15. Гранина Н. (2015). “Для меня это — свобода”. Лента.ру.

Автор: Кабанова Софья.

Число просмотров: 654.

Creative Commons License — условия использования и распространения материалов сайта.
Вернуться в раздел «Медицина»

Комментарии

(Оставить комментарий) (показывать сначала старые комментарии)

Яндекс.Метрика

© 2007–2015 «биомолекула.ру»
Электропочта: info@biomolecula.ru
О проекте · RSS · Сослаться на нас

Дизайн и программирование —
Batch2k15.

Сопровождение сайта — НТК «Биотекст».

Условия использования сайта
Об ошибках сообщайте вебмастеру.