Saatler Önce Ölmüş Domuz Beyinlerinde Hücresel ve Moleküler Fonksiyonlar Geri Getirildi!

Beyin ölümünün "geri döndürülemez" olduğu fikrine meydan okuyan bilim insanları, öldürdükleri domuzların vücutlarından ayırdıkları beyinlerin fiziksel yapısını ve tekil nöral faaliyetlerini ölümden 4 saat sonra geri getirmeyi başardılar. Hâlbuki 15 dakika kadar oksijensiz kalan bir beynin, genel olarak, geri döndürülemez bir şekilde öldüğü varsayılır.

Araştırmacılar, etik nedenlerle, vücuda bağlı olmayan beyinlerde karmaşık ve üst düzey sinir fonksiyonları ve bilinç geri gelmeden önce deneyi sonlandırdılar. Buna rağmen araştırmacıların geliştirdikleri yöntemin ölümden sonra beynin belirli hücresel fonksiyonlarını geri getirme konusundaki başarısı, alandaki uzmanları şaşırtacak düzeyde oldu. Çünkü bulgular, özellikle organ transplantı gibi konularda bazı çok temel tanımları ve yaklaşımlarımızı gözden geçirmemizi gerektirebilir. Stanford Üniversitesi Hukuk ve Etik profesörü Hank Greely şaşkınlığını şöyle anlatıyor:

Araştırmayı gördüğümde verdiğim ilk tepki, 'Hassiktir!' oldu. Bu konudaki geleneksel varsayım, oksijensiz kalan beyin hücrelerinin 10-12 dakika kadar sonra öldüğüdür. Bu, beyin ölümü kavramımızın temelini oluşturur. İnsanlarda ölümü nasıl tanımladığımızı belirler. Oksijen, şeker veya bir başka şey olmaksızın, aradan geçen saatler sonrasında bir domuzun beyin fonksiyonlarının tekrardan başlatılabilmesi? Bu baş döndürücü!

Her ne kadar araştırma, bilincin geri gelmesinden önce sonlandırılmış olsa da, vücuttan tamamen ayrılmış beyinlerin ölümden saatler sonra temel düzeyde de olsa fonksiyonlarını geri getirme yaklaşımının etik olup olmadığı ve daha da önemlisi, ölümün doğasıyla ile ilgili bize neler öğrettikleri büyük tartışmalara yol açtı.

Araştırmanın detayları, Beyin Sirkülasyonu ve Hücresel Fonksiyonlarının Ölümden Saatler Sonra Restorasyonu başlığı ile Nature dergisinde yayımlanan bir makaleyle duyuruldu. Araştırma, ABD Ulusal Sağlık Ensitüsü'nün BRAIN (İnovatif Nöroteknolojileri İlerletmek Suretiyle Yapılan Beyin Araştırmaları) İnisiyatifi tarafından desteklendi. Bu inisiyatif, ABD eski başkanı Barack Obama tarafından başlatılmış, insan beynini eksiksiz olarak haritalandırmayı hedefleyen bir işbirliği çalışmasıdır. Araştırmanın özeti şu şekilde:

İnsanlar ve diğer memelilerin beyinleri kan akışı ve oksijen seviyelerinin bozulmasına karşı fazlasıyla hassastır. Bu makalede, ölümü üzerinden (post-mortem) dört saat geçmiş olan el değmemiş domuz beyinlerinin ex vivo normotermik koşullarda mikrosirkülasyonunun, moleküler ve hücresel faaliyetlerinin geri kazandırılması (restorasyonu) ve sürdürülmesi gösterilmektedir. Geliştirdiğimiz ekstrakorporeal atımlı perfüzyon sistemi ve hemoglobin-temelli, aselüler, pıhtılaşmayan, ekojenik ve kriptokoruyucu perfüzatlar sayesinde anoksinin etkilerini iyileştirmeyi, yeniden perfüzyon hasarlarını gidermeyi, ödemi önlemeyi ve beynin metabolik enerji ihtiyaçlarını karşılamayı başardık. Bu sistem sayesinde, genel bir elektrokortikografik faaliyet olmasa bile, hücresel mimarinin korunduğunu, hücre ölümünün yavaşladığını, vasküler genişleme ve gliya enflamatuar tepkilerinin geri kazandırıldığını, spontane sinaptik faaliyetlerin geri döndüğünü ve serebral metabolizmanın yeniden aktive olduğunu gözlemledik. Bu bulgular, doğru şartların sağlanması halinde, izole edilmiş ve parçalanmamış büyük memeli beyinlerinin, ölümden uzun bir süre geçmiş olmasına rağmen mikrosirkülasyonu ve moleküler/hücresel aktiviteyi geri kazanma konusundaki yeteneklerinin azımsandığını göstermektedir.

Araştırmanın Detayları

Öncelikle şunu net olarak vurgulamak gerekiyor: Bu deneyde ölmüş bir beyin tamamen diriltilmedi. Aşağıda detaylarını görebileceğiniz gibi, beynin bazı doku ve hücrelerinin yapısı ve fonksiyonu, geri döndürülemez olarak kabul edilen hasara neden olacak sürenin çok üzerinde bir süre sonra geri getirildi. Ayrıca bu, ilk defa bütün bir beyinde yapıldı, petri kabına alınmış birkaç hücrede değil. Araştırmacılar makalede bunu şöyle anlatıyorlar:

Metabolizma, pH ve serebral perfüzyon konusundaki bulgularımız, global iskemi geçirmiş insan-harici primatlardaki iyileşme sürecindeki fizyolojik parametrelerle uyum göstermektedir. Topladığımız veriler, ölümden 4 saat geçtikten sonra 6 saat süreyle uygulanan perfüzyonun global izoelektrik aktivitenin geri döndüğünü gösterse de, daha önceki çalışmalar global iskemi süreleri ve global elektrik aktivitesi arasında doğru orantılı bir ilişki olduğunu göstermektedir. Daha uzun perfüzyon araştırmaları bulunmadığı için, burada tanımladığımız teknolojinin, izole bir beyinde global elektrokortikografik (ECoG) faaliyetleri geri getirebileceği muammadır. Ancak BrainEx içinde kullandığımız bir dizi antagonist, beyinde genel bir baskılanma hali yaratmış olabilir ve bu da, daha ileri global ağ faaliyetinin başlamasına engel olmuş olabilir. Daha önce de tartışıldığı gibi, nörofizyolojik faaliyetin geri kazandırılması ile entegre beyin fonksiyonlarının geri dönmesi (yani nörolojik iyileşme) arasındaki farkı gözetmek önemlidir. 4 saat süren global oksijensizlik veya iskemi hali sonrasında moleküler ve hücresel süreçlerin geri dönmesi, normal beyin fonksiyonlarının da geri kazanılabileceği düşüncesini desteklemek için kullanılmamalıdır. Tam tersine: Araştırmamızın hiçbir evresinde, farkındalık, algı veya diğer üst düzey beyin fonksiyonlarına işaret edebilecek, organize ve global bir elektriksel aktivite gözlemlemedik.

Bu deney için New Haven, Connecticut'ta bulunan Yale Üniversitesinden araştırmacılar, vücuda kan pompalayan ve BrainEx adını verdikleri bir cihaz geliştirdiler. Bu cihazın geliştirilmesi, ekibin 6 yılını aldı ve toplamda 300'den fazla domuz beyni üzerinde deneyler yapıldı.

Bu teknik sayesinde, saatler önce ölmüş bir domuzun beynindeki bazı hayati fonksiyonlar, örneğin hücrelerin yeniden enerji üretebilmesi ve atıklarını boşaltabilmesi gibi özellikler, beyin vücuda bağlı olmasa bile geri kazandırılabildi. Dahası, yöntem sayesinde beynin genel iç yapısının korunması da mümkün oldu. Seattle, Washington'daki Allen Beyin Araştırmaları Enstitüsü'nden Christof Koch "Şimdi sırada beynin hangi özelliklerinin ölümden sonra gerçekten de tersinemez olduğunu tespit etmek var." diyor.

Yale School of Medicine

20. yüzyılın başlarından beri bilim insanları hayvanların beyinlerini kalbin durmasından sonra canlı tutmak için birçok deney yapmışlardır. Bu deneylerde beyinleri dondurmuş, kanı bir başka araç ile pompalamaya devam etmişlerdir. Ancak bu araştırmalar sonrasında, organların normal fonksiyonlarını gerçekleştirip gerçekleştiremedikleri muammadır. Konuyla ilgili detaylı bir videoyu buradaki yazımızda izleyebilirsiniz. Diğer çalışmalarda beyinden alınan bir takım hücreler ve dokular, ölümden çok sonra bile normal fonksiyonlarına devam edebilmişler, protein üretme gibi süreçleri sürdürebilmişlerdir. Bu da, Yale sinirbilimcilerinden Nenad Sestan'ın şunu düşünmesine neden olmuştur: Bütün bir beyin, ölümden saatler sonra hayata döndürülebilir mi?

Sestan, bu soruyu cevaplamaya karar verdi. Araştırma için, Sestan ve ekibi, etlerinden faydalanmak için mezbahada öldürülüp kafaları kesilmiş 32 domuz elde ettiler. Bu domuzlar mezbahada öldürüldükten kısa bir süre sonra, Sestan'ın ekibi beyinlerini mezbahada kandan tamamen arındırıp, beyin dokularını dondurdular. Sonrasında laboratuvarda her bir kafatasından beyinleri ayırdılar ve her bir beyni bir katetere bağlamak üzere özel bir odacığa yerleştirdiler. Ölümden dört saat sonra, araştırmacılar beynin damarlarına özel bir koruyucu solüsyon pompalamaya başladılar. Bu solüsyon domuzlardan bazılarına altı saat süreyle pompalandı, diğer domuzlar ise kontrol grubu olarak tutuldu ve herhangi bir işlem yapılmadı.

Nature

Araştırmacıların BrainEx adını verdikleri bu sistem, besin ve oksijeni beyin hücrelerine taşımayı taklit ediyor. Böylece beyin vücuttan ayrılmış olsa, hatta dört saat kadar önce çoktan ölmüş olsa bile beslenmeye devam edebiliyor. Ancak araştırma ekibinin kullandığı bu koruyucu solüsyon içinde ek olarak lamotrijin adı verilen, nöronların elektrokimyasal sinyallerini baskılayıcı bir kimyasal da bulunmaktaydı. Böylece beyin faaliyetinin kontrolleri dışında yeniden başlamasına engel oldular. Ayrıca sinir hücrelerini kontrolsüz bir şekilde aktive etmek istemediler çünkü aktif olmayan hücreleri tamir edip geri döndürmenin daha kolay olacağını düşündüler. Buna rağmen, deney boyunca beynin elektriksel faaliyetlerini gözleyen bilim insanları, eğer ki organın yeniden bilinç kazandığını görecek olurlarsa anında müdahale etmek için anestezik maddeleri de hazır tuttular.

Zamanın Testi: Deney İşe Yaradı mı?

Araştırmacıları, altı saatlik bir süre zarfı boyunca beyinlerin ne durumda olduğunu gözlediler. İncelemeleri sonucunda, nöronların ve diğer beyin hücrelerinin normal metabolik fonksiyonlarını geri kazandıklarını gördüler: Hücreler, şeker tüketmeye, karbondioksit üretmeye başlamış, beynin savunma sistemi normal görevlerine geri döndü.

Amaç beyne bütün fonksiyonlarını geri kazandırmak değilse de, tekil hücrelerin ve belirli beyin bölgelerinin yapılarının korunduğunu da gösterdiler. BrainEx'e bağlanan beyinden alınan tekil hücreler, elektrik sinyallerini normal şekilde göndermeyi başardılar. Kontrol grubu olup, besin ve oksijen göndermedikleri beyinlerde ise bunların hiçbiri gözlenmedi. Bu beyinler, sıradan ölü beyinlerden beklenecek şekilde, faaliyetlerinin tamamını durdurdu. Sestan şöyle diyor:

BrainEx'e bağlanan doku ve hücrelerde yapılar korundu ve hücre ölümü azaltıldı. Dahası, bazı moleküler ve hücresel fonksiyonları geri döndürmeyi başardık. Elde ettiğimiz yaşayan bir beyin değildi; ancak hücresel olarak aktif bir beyindi.

Nature

Araştırmacılar, beynin bütünü boyunca koordineli elektrik örüntülerini gözleyemediler. Bunu gözlemek, üst düzey beyin faaliyetlerinin ve hatta bilincin geri kazanıldığını gösterebilirdi. Araştırmacılar, beyin faaliyetlerini yeniden başlatmak için güçlü bir elektrik şokuna ihtiyaç olabileceğini düşünüyorlar. Bir diğer olasılık da, beyinlerin daha uzun bir süre boyunca solüsyon içerisinde bekletilmeleri ve oksijensiz kaldıkları sürede hasar gören hücrelerin tamir edilmesi için daha uzun zaman tanınması gerektiği... Eğer bu hücrelerin bir noktadan sonra birbirleriyle iletişim kurabilmeye başladığı da gösterilirse, vücut ölümü gerçekleşen bir beyne bilincin geri kazandırılabileceği olasılığı güçlenebilir. Sestan şöyle diyor:

Daha önceki araştırmalar, sadece birkaç dakika içinde hücrelerin öldüğünü gösteriyordu. Bizim bu araştırmada gösterdiğimiz ise, bu ölüm sürecinin ertelenebileceği, bazı yapıların korunabileceği, hatta bir kısmının geri döndürülebileceği oldu.

Nature

Domuz beyinlerini 36 saate kadar diri tutmayı başaran ekibin başındaki Sestan, vücuttan ayrılmış bir organın elektriksel faaliyetlerinin tamamını geri kazandırmak gibi bir planı olmadığını söylüyor. Bunun yerine önceliği, vücuttan ayrılan bir beynin metabolik ve fizyolojik faaliyetlerini en fazla ne kadar süre koruyabileceklerini tespit etmek. Şöyle diyor:

Belki de sadece kaçınılmaz olanı bir miktar öteliyoruzdur; belki de beyni tamamen geri getirmek mümkün değildir. İlk deneyimizde sadece birkaç yüz metre öteye gitmiş olduk; ancak uçabilecek miyiz? Bilmiyoruz.

BrainEx sistemi henüz insanlar için kullanılmaktan epey uzak durumda. Daha doğrusu, şu andaki sistemi, beyni vücuttan ayırmaksızın kullanmak mümkün değil.

Araştırma Neden Önemli?

Araştırmanın en büyük başarısını şöyle özetlemek mümkün: Daha önceden araştırmacılar ölü hayvanların beyin dokularını petri kaplarında canlı tutmayı başardılarsa da bugüne kadar bunların karmakarışık bir beyin ağı içinde korunmasını başarabilen kimse olmamıştı.

Bu önemli bir atılım, çünkü bir bütün olarak korunmuş, bir kısmı halen çalışan beyinlere erişim sağlayabilmek, sinirbilim alanındaki birçok çalışmanın önünü açabilir. Özellikle de hastalıkların beyinde nasıl yayıldığı ve nöroanatomi gibi sahalarda çok önemli gelişmeleri mümkün kılabilir.

Daha da önemlisi, bu çalışma sayesinde inme veya diğer zedelenmeler sonucunda beyinsel faaliyetleri hasar gören kişilerin beyinlerinin tedavi edilebilmesi yönünde bir umut doğmuş oluyor. Ancak araştırmacılar, yersiz yere hastaları umutlandırmamak adına, henüz böyle bir şeyin mümkün olup olmadığını bilmediklerini söylüyorlar. Ancak ola ki mümkünse, sadece sinir hastalıkları konusunda değil, ölüme bakış açımız konusunda da çok kapsamlı değişimlerin önü bu çalışmayla açılmış olabilir.

Sorular Giderek Artıyor

Tüm bunlara rağmen, vücuttan ayrılmış organlara bilinç kazandırmayı mümkün kılacak bir teknolojinin geliştirilmesinin, insan ve hayvan sağlığı bakımından geniş etik yankıları bulunuyor. Yale Üniveritesinden olup, Sestan'ın ekibiyle çalışan biyoetikçi Stephen Latham şöyle diyor:

Yaşamayan bir hayvanda bilinci yeniden yaratmanın etik sonuçlarını denetleyen bir üst kurul bulunmuyor. Bu tarz bir deney yapmak bazı durumlarda etik olarak meşrulaştırılabilir: Örneğin, eğer ki bu deneyler, dejeneratif sinir hastalıklarına yönelik geliştirilen ilaçların insanlar yerine organlarda test edilmesinin önünü açarsa...

Nature

Vücudun dışındaki bir beyinde bilincin varlığını test etmek oldukça zor bir iş; çünkü böyle bir organın bulunduğu çevre, normalde bulunacağı çevreden dikkate değer miktarda farklı olacaktır. Ölüme yakın deneyimler üzerine araştırmalar yürüten, Ann Harbor'daki Michigan Üniversitesinden George Mashour şöyle diyor:

Böyle bir beynin bilinci olabileceğini düşünmek mümkün. Ancak diğer organlardan ve çevresel stimülasyondan yoksun bir beyinde ne tarz bir bilinç oluşacağı konusunu düşünmek oldukça ilgi çekici.

Yapılan bu araştırma, aynı zamanda beyin hasarının ve ölümün gerçekten kalıcı olup olmadığı konusunda da soru işaretleri yaratıyor. Birçok ülkede bir insanın hukuki olarak ölümü, beyin faaliyetleri sonlandığında veya kalp ve akciğerler çalışmayı durdurduğunda gerçekleşir. Beynin faaliyetlerini sürdürebilmesi için çok miktarda besine, oksijene ve enerjiye ihtiyacı vardır. Manhasset, New York'taki Feinstein Tıbbi Araştırmalar Enstitüsünde acil tıp uzmanı olan Lance Becker, birçok hekimin sadece birkaç dakika oksijensiz kalan beyinde kalıcı hasar oluştuğunu varsaydığını söylüyor. Şöyle devam ediyor:

Bu makale, yaygın olarak kabul edilen öngörülerimizin ortasına adeta bir el bombası fırlatıyor. Beynin toparlanma becerilerini gereğinden fazla azımsamış olabiliriz.

Bu durumun, organ bağışı konusunda da pratik ve etik etkileri olabilir. Bazı Avrupa ülkelerinde acil ekip çalışanları eğer kalp krizi geçirmiş bir hastayı geri döndüremezlerse organlara kan pompalamayı sağlayan bir cihaza bağlayarak transfer için bu organları korumaya çalışırlar. Ancak bunu yaptıkları organlara beyin dahil değildir. Cleveland'daki Case Western Reserve Universityden biyoetikçi Stuart Younger şöyle diyor:

Eğer ki BrainEx gibi bir teknoloji yaygın bir şekilde erişilebilir olursa, potansiyel olarak transfer edilebilir organların sayısı da artacaktır. Burada, potansiyel donörler ile (ki bazen donör olmayabilirler bile), organ bekleyen kişiler arasında potansiyel olarak bir çatışma olabilir.

Gidecek Yol Çok

Bu sırada bilim insanları ve hükümetler, vücuttan bağımsız bir beyinde bilinç yaratmanın doğuracağı yasal ve etik problemlerle yüzleşmek durumundalar. Koch, şöyle diyor:

Bu konu, adeta balta girmemiş bir orman gibi. Yasaların hızla evrimleşerek bu gelişmelere ayak uydurması gerekecek. Herhangi bir araştırmacı, vücuttan ayrılmış bir beyinde bilinç yaratmadan önce, çok geniş etik tartışmaların yapılması gerekiyor. Bu çok ama çok büyük bir adım. Eğer o adımı atarsak, asla geri dönemeyebiliriz.

Düzeltmeler: Bu içeriğin eski başlığı, hatalı bir şekilde araştırmada global nörolojik fonksiyonların geri kazandırıldığı izlenimini yaratmasından ötürü güncellenmiştir.