神經科學 科學報導 醫學

#NEWS 死而不僵 ─ 體外培養成功重現死豬腦部分功能

科幻故事中,體外培養腦部的鏡頭屢見不鮮。1981 年 Hilary Putnam 便提出 The Brain in a Vat 缸中之腦的思想實驗:如何證明我們的一生不是一顆被養在缸中,接受超級電腦各種模擬刺激的大腦而已?然而,目前的科技水平,距離重現這樣的場景尚有相當大的距離。本期 0417 Nature 雜誌的豬腦培養實驗,無疑便是實現這樣科幻場景的一大步。

培養腦部另一項重大的科學價值,在於腦部的研究模型。哺乳類動物複雜的腦部,目前仍尚有許多科學未解之謎。它是體內最耗能的器官之一,而且只要稍微缺乏養分供應,便會很快地失去正常功能。

耶魯大學 Sestan 的團隊,利用獨家體外循環培養系統,將死亡長達四小時的豬腦在體外培養,成功重現部分腦功能。他們從屠宰場蒐集了三十二頭豬,經四小時外科手術小心摘除完整腦部及血管後,浸泡入特製組織保存液並接上脈衝式體外血液循環系統,使得豬腦得以處在接近生理條件的環境下。整個實驗過程,同時監控腦部的電訊號。

他們的人工循環系統能維持至多六小時的灌流。六小時中,科學家觀察到血管阻力逐漸增大,直到無法維持灌流系統。都普勒超音波的協助下,得以佐證體外腦部的循環流向和正常生理功能無太大變化。這些血管也會對藥物如鈣離子阻斷劑有所反應。影像學的檢查,則顯示腦部依然保持相當健康的解剖構造。經由電生理學和藥物測試,皮質、髓質的連結,以及突觸功能都還尚在。而整體腦代謝的功率也與正常腦部無太大差異。然而,這些體外培養豬腦,並無產生全腦電波活動(brainwide electrical activity),依然是呈現腦死的狀態。

Sestan 教授指出,他們的腦部培養實驗,證實腦死是漸進的過程,且若適當處置,有許多功能依然可以部份回復。美國國家心理衛生研究院的 Beckel 醫師則稱,此研究可能開啟腦中風後新的救治研究方向。但這也開啟另一項倫理問題,如果將來醫學真的進步到能扭轉腦死的結果,復原腦部功能,那麼之後我們該如何定義死亡?

耶魯大學 Sestan 教授所架設的體外腦培養系統之簡圖。圖片來源:Nature。

參考文獻:

  1. Zvonimir Vrselja, Stefano G. Daniele, John Silbereis, Francesca Talpo, Yury M. Morozov, André M. M. Sousa, Brian S. Tanaka, Mario Skarica, Mihovil Pletikos, Navjot Kaur, Zhen W. Zhuang, Zhao Liu, Rafeed Alkawadri, Albert J. Sinusas, Stephen R. Latham, Stephen G. Waxman & Nenad Sestan. (17 April 2019).  Restoration of brain circulation and cellular functions hours post-mortem. Nature 568, pages 336–343 (2019), doi:10.1038_s41586-019-1099-1

撰文|謝典戰
審稿|紀威佑

About the author

謝典戰

謝典戰

就讀陽明醫學系,目前在高雄榮總實習。曾在北榮幹細胞研究室III執行科技部大專生計畫,赴Duke進行短期Cancer biology研究。參加國際基因工程競賽(iGEM)時,因緣際會獲邀至臺灣醫學生研究通訊(Investigator前身),開始撰稿和採訪,期待Investigator傳媒能持續讓更多人喜歡科學。

Leave a Comment