Когда сердце перестает биться, кровь перестает течь и доставлять кислород к мозгу (гипоксия) и другим жизненно важным органам (ишемия). Существует небольшое окно (около 4 минут), прежде чем недостаток кровотока начнет повреждать мозг. Через 10 минут ожидается серьезное повреждение головного мозга. Чем раньше сердце может быть перезапущено, тем меньше вероятность серьезного повреждения головного мозга.
В статье «Экзогенная трансплантация митохондрий улучшает выживаемость и неврологические исходы после реанимации после остановки сердца», опубликованной в журнале BMC Medicine, исследователи подробно описывают шаги, которые они предприняли от лабораторных исследований in vitro до моделей крыс in vivo для достижения выживаемости 91% — улучшение на 36% по сравнению с контролем.
Согласно эндосимбиотической теории, митохондрии возникли как бактерии, которые «были проглочены» и установили симбиотические отношения с клеткой-хозяином, эволюционируя в митохондрии в эукариотических клетках сложных форм жизни. Тем не менее, митохондрии сохранили некоторые из своих древних бактериальных характеристик. У них двойные мембраны, как у грамотрицательных бактерий, и способность генерировать АТФ при аэробном дыхании, для которого требуется кислород, — вот почему нашим клеткам необходима доставка кислорода из крови.
Когда кровь перестает течь и прекращается доставка кислорода, митохондрии больше не могут вырабатывать энергию, и вскоре клетке грозит гибель. Недавние исследования показали, что митохондрии могут способствовать восстановлению других митохондрий. Поврежденные митохондрии способны к самовосстановлению и клеточной защите посредством деления, слияния и митофагии. Недавно описанные механизмы межклеточного митохондриального переноса были дополнены трансплантациями митохондрий, и было показано, что они оказывают защитное действие на мышечные ткани.
Исследовательская группа Файнштейна решила проверить эффективность трансплантации при остановке сердца, уделяя особое внимание здоровью нейрональной ткани.
Прежде чем пытаться пересадить митохондрии крысам, исследователи хотели проверить, могут ли донорские митохондрии быть поглощены нейронами, растущими в культуре. Для этого митохондрии, извлеченные из мозга крысы и мышечных тканей, были окрашены в красный цвет, а митохондрии нервных клеток — в зеленый. Донорские митохондрии были взяты в культивируемые нервные клетки и совместно локализованы с эндогенными митохондриями внутри нервных клеток. После успешного завершения лабораторных испытаний пришло время испытать это на живой модели.
Тридцать три крысы были подвергнуты остановке сердца на 10 минут, а затем реанимированы и получили одну из трех процедур: свежевыделенные донорские митохондрии, раствор для отрицательного контроля и нефункциональные (замороженные / размороженные) митохондрии, чтобы выявить эффекты, потенциально связанные с добавлением аналогичных количеств митохондриальных строительных блоков (белков, липидов, ДНК, РНК) в качестве свежего образца.
При трансплантации свежевыделенных митохондрий 72-часовая выживаемость составила 91% по сравнению с 55% в отрицательном контроле. Отличные показатели выживаемости были связаны с улучшением быстрого восстановления артериального лактата, уровней глюкозы, мозговой микроциркуляции, неврологической функции и уменьшением повреждения легких.
Исследование демонстрирует недостаточно изученный потенциал трансплантации митохондрий для защиты и восстановления тканей. Уникальным аспектом исследования было включение нефункциональных замороженных-размороженных митохондрий в качестве дополнительного контроля. Замороженные-размороженные митохондрии не оказывали защитного эффекта, что убедительно свидетельствует о том, что активность митохондрий в свежих образцах обусловлена защитным результатом.
В результате измерений экспрессии генов было получено очень интригующее открытие, свидетельствующее о том, что гены слияния были значительно подавлены во время фазы восстановления в группе свежей трансплантации. Поскольку динамика митохондрий смещена в сторону деления, текущее исследование, похоже, расходится с некоторыми предыдущими результатами других исследований с точки зрения ожидаемых результатов. Это как раз то, что будущие исследования захотят изучить.