Ciencia

¿Qué significa para los humanos que se hayan revivido parcialmente cerebros de cerdo horas después de su muerte?

Un nuevo sistema ha restaurado la circulación y el flujo de oxígeno en los cerebros de 32 cerdos muertos, un hito que ha suscitado debates éticos y filosóficos.martes, 23 de abril de 2019

Por Michael Greshko
Un cerebro de cerdo preservado. Empleando cerebros de animales sacrificados para obtener alimento, los investigadores han restaurado algunas funciones celulares en cerebros de cerdos horas después de su muerte, lo que podría aportar una nueva vía para estudiar y tratar las enfermedades y los trastornos cerebrales.

Un equipo de científicos ha restaurado la función celular de 32 cerebros de cerdo que llevaban varias horas muertos, lo que ha abierto una nueva vía para el tratamiento de las enfermedades cerebrales y ha sacudido nuestra definición de muerte cerebral. Un equipo de investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Yale ha diseñado un sistema llamado BrainEx —análogo en cierto modo a la máquina de diálisis— que restaura la circulación y el flujo de oxígeno en un cerebro muerto, según anunciaron el miércoles pasado en la revista Nature.

Los investigadores no mataron a ningún animal para el experimento, sino que adquirieron las cabezas de los cerdos en una planta de procesamiento de alimentos cerca de New Haven, Connecticut, donde ya los habían sacrificado por su carne. Y, técnicamente, los cerebros de los cerdos siguieron muertos. Los cerebros tratados no mostraron ninguna señal de la actividad neurológica eléctrica organizada que exigen la conciencia y la consciencia.

«Según la definición química, no es un cerebro vivo», afirma Nenad Sestan, coautor del estudio y neurocientífico de la Facultad de Medicina de la Universidad de Yale.

El nuevo sistema mantuvo los cerebros en mejor forma que los cerebros que se descomponen por sí solos y restauró funciones como la capacidad de absorber glucosa y oxígeno hasta durante seis horas seguidas. Los investigadores sostienen que la técnica podría impulsar estudios sobre la salud humana al aportar un valioso banco de pruebas para estudiar trastornos y enfermedades cerebrales.

Explora el cerebro de una mosca con todo lujo de detalles
Explora el cerebro de una mosca con todo lujo de detalles
Por primera vez, se ha obtenido una imagen completa del cerebro de una mosca adulta, permitiendo a los científicos seguir neuronas individuales por el cerebro. Mediante microscopios electrónicos, los investigadores obtuvieron 21 millones de imágenes usando 7.050 cortes del cerebro. Las imágenes les permitieron seguir las conexiones entre las neuronas, un paso hacia cartografiar el circuito cerebral de una mosca. Estudiar las conexiones podría aportar información sobre su conducta.

«Nos emociona mucho que esto sirva como plataforma para ayudarnos a comprender mejor cómo tratar a personas que han sufrido ataques al corazón y han perdido el flujo sanguíneo normal al cerebro», añade Khara Ramos, directora del Programa de Neuroética del Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares de Estados Unidos. «Mejora mucho nuestra capacidad para estudiar las células tal y como existen, en conexión las unas con las otras, de esa forma compleja, amplia y tridimensional».

Con todo, el hallazgo también plantea preguntas éticas considerables, una conversación que los propios investigadores agradecen.

«Es un avance extraordinario y muy prometedor para la neurociencia. Ofrece un modelo mucho mejor para estudiar el cerebro humano, algo importantísimo dada la enorme cantidad de sufrimiento humano a causa de enfermedades mentales [y] cerebrales», afirma Nita Farahany, bioética de la Facultad de Derecho de la Universidad de Duke que escribió un artículo de opinión sobre el estudio para Nature.

«También desafía muchos supuestos fundamentales de la neurociencia, como el de que cuando se pierde oxígeno en el cerebro, es una marcha irreversible hacia la muerte del organismo», añade. «Resulta que eso no es cierto y, como no es cierto, se han planteado temas éticos y legales muy profundos».

La definición de muerte

La muerte es definitiva, pero la cantidad de resultados médicos realmente irreversibles ha disminuido con el paso del tiempo. Durante milenios, se creyó que una persona estaba muerta cuando dejaba de respirar y su corazón dejaba de latir. Pero luego intervino la medicina moderna. La invención de ventiladores mecánicos permitió mantener con vida durante más tiempo los cuerpos que fallaban. Gracias a décadas de mejoras en cirugía y trasplantes cardíacos, que un corazón se detenga puede no ser el final.

Pero el cerebro sigue siendo un paciente quisquilloso. Los cerebros de mamíferos, como el nuestro, son máquinas de alto rendimiento. Demandan un flujo constante de sangre oxigenada para funcionar al máximo. Si se corta el suministro de sangre, perdemos la consciencia durante unos segundos. En cinco minutos, las reservas cerebrales de moléculas vitales como la glucosa y el ATP —la divisa universal de energía química del cuerpo humano— se agotan.

A continuación, el cerebro entra en una espiral de muerte que, hasta ahora, se consideraba irreversible: la delicada química de las células nerviosas se descontrola, la acumulación de dióxido de carbono acidifica la sangre del cerebro y las fugas de un potente neurotransmisor denominado glutamato se vuelven tóxicas. Pronto aparecen enzimas que descomponen el tejido nervioso y los vasos sanguíneos y estructuras más pequeñas del cerebro se rompen.

Cuantos más investigadores comprendían este proceso, más lo incorporaban a la definición de muerte. En 1968, un comité médico reunido en la Universidad de Harvard propuso una definición de referencia de «coma irreversible», lo que ahora denominamos «muerte cerebral»: una falta total de respuestas, la incapacidad de respirar solo, una falta total de reflejos y ninguna señal de actividad eléctrica a gran escala en el cerebro. Actualmente, la Academia Americana de Neurología cuenta con una lista que los profesionales médicos utilizan para evaluar la muerte cerebral en pacientes.

Pero ha habido indicios de una mayor resiliencia cerebral. Algunas partes de las neuronas, como las mitocondrias que procesan la energía química, aún funcionan hasta diez horas después de la muerte. En gatos y macacos, los investigadores han logrado que los cerebros se recuperen tras una hora entera privados de sangre restaurando cuidadosamente la circulación. Y en humanos, algunos estudios de caso sugieren que el cerebro puede recuperarse. En 2007, los investigadores informaron de que una mujer que sufría hipotermia grave —con una temperatura corporal inferior a 18 grados Celsius— experimentó una recuperación neurológica completa.

Operativos, pero inconscientes

Sestan y sus colegas, bajo la dirección de Zvonimir Vrselja y Stefano Daniele, decidieron probar la capacidad de recuperación del cerebro de un mamífero complejo y diseñaron el sistema BrainEx.

BrainEx consta de bombas y filtros controlados por ordenador que introducen una solución nutritiva en un cerebro muerto y expuesto quirúrgicamente, imitando la circulación natural del cuerpo. La solución patentada se basa en la hemoglobina, la proteína transportadora de oxígeno en los glóbulos rojos y se hace que aparezca en los ultrasonidos para que los investigadores puedan rastrear su flujo por el cerebro. La Universidad de Yale ha presentado una patente del sistema en nombre de sus creadores, pero todas las partes y procedimientos de BrainEx serán de libre acceso para investigadores académicos y sin ánimo de lucro.

El equipo tomó medidas para garantizar que los cerebros no se «despertaran» de ningún modo y, sobre todo, que no fueran conscientes del trauma del procedimiento. Aunque ninguno de los cerebros del experimento mostró señales de consciencia, los investigadores estaban preparados para administrar anestesia y disminuir las temperaturas de los cerebros, por si acaso. Es más, el equipo añadió compuestos en la solución que bloqueaban la actividad neuronal y que servían al propósito adicional de hacer reposar las células del cerebro y darles más probabilidades de sanación.

«De hecho, la meta de la investigación nunca fue —y en realidad era más bien la meta contraria— restaurar la consciencia», afirma Stephen Latham, coautor del estudio y director del Centro Interdisciplinario de Bioética de Yale.

Primero, el equipo comprobó si BrainEx podía restaurar la circulación en el cerebro, incluso en los vasos sanguíneos más diminutos. Sí, puede hacerlo. Los investigadores también confirmaron que los vasos sanguíneos cerebrales estaban en tan buena forma como para poder dilatarse en respuesta a la medicación. A continuación, los investigadores comprobaron hasta qué nivel podía preservar la estructura del tejido cerebral. Los cerebros tratados por BrainEx tenían un aspecto comparable al de los cerebros de animales vivos o cerebros no tratados una hora después de la muerte y estaban mucho más intactos que los cerebros no tratados examinados diez horas después de la muerte.

“El debate sobre BrainEx demuestra cómo el aprendizaje y las mejores de los tratamientos han cambiado la definición de la muerte.”

Las áreas cerebrales que son especialmente sensibles a la pérdida de oxígeno, como el hipocampo, también se conservaban bien con BrainEx, así como las estructuras de las neuronas individuales. Y mientras supervisaban las diferencias químicas en la solución que fluía dentro y fuera del cerebro, los investigadores descubrieron que el cerebro producía CO2 y consumía glucosa y oxígeno, señales de que se restauraba el metabolismo cerebral.

Aunque los investigadores se aseguraron de que los cerebros del experimento no tuvieran actividad a gran escala, extrajeron fragmentos de tejido cerebral para comprobar si las neuronas individuales del hipocampo funcionaban tras el tratamiento. Y lo hacían.

«[El resultado fue] el aspecto más sorprendente como neurocientífico de profesión», afirma Christof Koch, director del Instituto Allen para la Ciencia Cerebral, que no participó en el estudio. «Eran incapaces de generar los picos que son el idioma universal de la comunicación eléctrica rápida. Significa que, en principio, dichas neuronas parecen capaces de mostrar actividad neuronal».

La ética de la investigación con animales

El equipo de BrainEx es muy consciente de las implicaciones éticas de su trabajo, por eso han sido asesorados por importantes neurocientíficos y éticos durante años. El Grupo de Trabajo de Neuroética, un consorcio organizado por la BRAIN Initiative de los Institutos Nacionales de la Salud de los Estados Unidos, que financió la investigación, ha sido asesorado por Sestan desde 2016. Los investigadores también presentaron su trabajo en una conferencia de bioética en 2017 en la Universidad de Duke y en un taller de 2018 de los NIH.

«La ciencia revolucionaria precisa de ética revolucionaria», afirma Ramos, que también es la secretaria ejecutiva del Grupo de Trabajo de Neuroética. «Existe un marco sólido de leyes y políticas que los investigadores a los que financiamos deben seguir, pero el desarrollo y la aplicación de nuevas neurotecnologías podría exigir que examinemos dichos estándares éticos y que estos evolucionen».

La técnica plantea cuestiones sobre el uso ético de animales no humanos en experimentos. En su forma actual, se aplican dos conjuntos de normas, uno para animales vivos y otro para tejidos de animales muertos, ya que los animales vivos pueden experimentar dolor o estrés. Pero ¿qué normas se aplican a los cerebros de animales muertos tratados con BrainEx, sobre todo si existe la posibilidad de que se los pueda reavivar?

«Existe una especie de laguna enorme en nuestras protecciones de sujetos de investigación animales, ya que ahora tenemos esta categoría parcialmente revivida y ligeramente viva con la posibilidad —una posibilidad que, por ahora, no comprendemos del todo— de recuperar las funciones», afirma Farahany, que también forma parte del Grupo de Trabajo de Neuroética. «Si pretendes revivir cerebros de cerdo o cerebros de otros animales, ¿significa eso que se convierten en sujetos de investigación animales en lugar de tejidos muertos?».

Cómo transformar una hoja de espinaca en tejido coronario que late
Cómo transformar una hoja de espinaca en tejido coronario que late
Una hoja de espinaca ha sido transformada en un tejido de corazón humano que late. Los científicos usaron la planta para replicar la forma en que se mueve la sangre a través del tejido humano. Esperan poder usar algún día este método para filtrar mejor la sangre al tejido dañado en los corazones humanos.

Los expertos añaden que la disyuntiva ética depende de la capacidad de BrainEx para investigar aún más las enfermedades humanas, o incluso salvar a personas de la muerte cerebral.

«No podemos imponer así como así, solo por curiosidad, dolor o agonía a otra criatura a no ser que exista una muy buena razón y los experimentos adecuados», afirma Koch. «¿Puede utilizarse para rescatar cerebros? Deberíamos ver qué ocurre».

Los expertos también sostienen que las implicaciones éticas de BrainEx se aplican a la siguiente pregunta lógica: ¿funcionaría en humanos? A nivel técnico, Koch afirma que no supondría un gran salto, ya que tanto cerdos como humanos tienen cerebros grandes y complejos. Pero Koch y otros expertos con los que contactó National Geographic pidieron cautela a la hora de trasladarnos a ensayos en humanos.

Con miras más amplias, las futuras versiones de BrainEx podrían complicar el proceso de donación de órganos al hacer que la línea de la muerte cerebral sea borrosa, según señalan Stuart Youngner e Insoo Hyun, bioéticos de la Universidad de la Reserva de Case Western en un artículo adjunto publicado en Nature. Pero Kevin Cmunt, consejero delegado de Gift of Hope, una de las mayores redes de donación de órganos de Estados Unidos, no cree que BrainEx sea una alteración importante. Según él, en muchos casos, los donantes de órganos con muerte cerebral han sufrido una pérdida de oxígeno más allá de la ventana temporal del estudio o traumatismos físicos considerables.

«Creo que en la gran mayoría de los donantes con muerte cerebral, esta intervención no sería importante», afirma. «Quizá haya un pequeño conjunto de casos en los que [BrainEx] podría afectar a la oportunidad de la donación, pero creo que son relativamente reducidos».

Y si BrainEx aparece en los hospitales, Cumnt añade que podría sumarse a la lista de intervenciones antes de declarar la muerte cerebral o decidir retirar el soporte vital. La promesa de la recuperación cerebral podría incluso mejorar las donaciones de órganos al aportar a los profesionales médicos un imperativo aún mayor para mantener la circulación. Si se declara que el paciente sufre muerte cerebral incluso después de tratarlo con BrainEx, sus órganos podrían ser más viables para la donación.

«No lo veo necesariamente como un conflicto», afirma Cmunt. «Estos tratamientos formarían parte de los cuidados médicos, como los protocolos de hipotermia y otras cosas que se hacen para detener el daño a los órganos o al cerebro».

Solo el principio

En su forma más profunda, el debate sobre BrainEx demuestra cómo el aprendizaje y las mejores de los tratamientos han cambiado la definición de la muerte.

«Imagina que estás en una clínica, determinan que tu padre sufre muerte cerebral y acabas de leer este estudio. Y le preguntas al cirujano qué significa muerte cerebral. Te dice que es una pérdida irreversible de la función cerebral y le respondes: “Espere, he leído un estudio. ¿No significa eso que lo que es irreversible hoy podría no ser irreversible mañana”», afirma Koch.

El espacio de BrainEx en la frontera entre la vida y la muerte se hace eco de la ciencia ficción y, en su aspecto más escabroso, la gente podría pensar en Frankenstein y la posibilidad de resucitar a los muertos. Pero Farahany advierte que todavía quedan muchos kilómetros por recorrer hasta ese logro.

«No cabe duda de que tiene un buen elemento de ciencia ficción y que restaura la función celular cuando antes se consideraba imposible. Pero para llegar hasta Frankenstein se necesita cierto grado de consciencia», afirma. «No recuperaron ningún tipo de consciencia en este estudio y no está claro si se puede hacer siquiera. Pero estamos un paso más cerca de esa posibilidad».

Este artículo se publicó originalmente en inglés en nationalgeographic.com.
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