Операция «Голова»: почему трансплантация мозга до сих пор невозможна и когда это изменится?

В центре Alcor в Аризоне, по сообщениям, более 150 отделённых от тел голов покоятся в криогенных камерах, сохраняясь в надежде, что будущие медицинские достижения смогут вернуть эти мозги к жизни в новых телах. Учитывая, что учёные до сих пор не могут оживить криогенно замороженный мозг, зачем пациентам вообще нужна крионика? Почему эти головы нельзя просто пришить к новым телам прямо сейчас, пока они ещё «свежие»? Другими словами, почему трансплантация мозга невозможна?

Доктор Макс Крукофф, доцент нейрохирургии Медицинского колледжа Висконсина, предпочёл бы называть такую процедуру не пересадкой мозга, а пересадкой тела. В отличие от пациента, получающего донорское сердце или печень, пересадка мозга в тело другого человека сделает его «совершенно новым человеческим существом», — рассказал он Live Science. «Ваша личность, ваша идентичность заключены в вашем мозге».

Оставляя в стороне семантику, Крукофф заявил, что такая трансплантация в настоящее время невозможна, потому что хирурги ещё не умеют создавать сигнальные соединения между нервами в центральной нервной системе (ЦНС), которая включает головной и спинной мозг. Пересаженные периферические нервы (нервы, которые расходятся по всему телу за пределами головного и спинного мозга) могут в конечном итоге взаимодействовать со своими новыми «соседями», поскольку эти нервные клетки способны к регенерации. Однако гораздо меньше доказательств того, что взрослая центральная нервная система человека может генерировать новые нейроны, а если и может, то в ограниченной степени. Нейроны могут формировать новые связи на протяжении всей жизни человека — именно так кодируется обучение, — но учёные недостаточно хорошо понимают этот путь, чтобы использовать его для трансплантации.

Даже частичная трансплантация мозга, например замена мозжечка, пока не рассматривается. В случае с мозжечком эта структура содержит миллионы специализированных нейронов, называемых клетками Пуркинье, каждый из которых получает сигналы от тысяч других нейронов. «Количество связей экспоненциально, — сказал Крукофф. — Это далеко за пределами наших возможностей».

Сращивание мозга и тела на уровне спинного мозга было бы теоретически самой простой пересадкой мозга, поскольку связи между спинномозговыми нервами более прямолинейны, чем связи между нейронами в мозге. Хирург, выполняющий эту пересадку головы, мог бы соединить кожу, мышцы, сосуды и кости шеи и даже выровнять нервы спинного мозга, «но чтобы заставить эти клетки взаимодействовать, мы ещё не поняли, как это сделать», — сказал Крукофф.

Проводилась ли когда-нибудь попытка трансплантации мозга?

Учёные начали предпринимать попытки пересадки головы животным с появлением новых методов сшивания кровеносных сосудов в начале 1900-х годов. Большинство собак и обезьян, участвовавших в этих экспериментах, выживали в лучшем случае несколько дней, поскольку исследователи изо всех сил пытались создать работающую сосудистую систему или подавить иммунную реакцию организма на пересаженную голову с помощью иммуносупрессивных препаратов.

Начиная с 1970 года доктор Роберт Дж. Уайт пересаживал головы обезьян на новые тела хозяев. Животные могли жевать и глотать пищу после операции, а послеоперационные показатели электроэнцефалограммы позволяли предположить, что их мозг бодрствует, хотя ни одна из обезьян не прожила более девяти дней.

Вдохновлённый этой работой, итальянский хирург доктор Серджо Канаверо в 2013 году изложил своё видение первой пересадки головы человеку, что вызвало широкую критику со стороны коллег по этическим и научным соображениям. Объявление Канаверо в 2017 году о том, что он провёл первую пересадку головы на человеческом трупе, было охарактеризовано в то время как «продолжение отвратительного мошенничества» биоэтиком Нью-Йоркского университета Артуром Капланом, который указал на высокую вероятность иммунного отторжения и проблему соединения мозга с совершенно новыми нервными входами.

Можно ли пересадить какую-либо ткань в центральную нервную систему?

Хотя хирург не может заменить один мозг другим, трансплантация стволовых клеток или органоидов когда-нибудь сможет восполнить повреждённую или больную ткань мозга.

Стволовые клетки, запрограммированные на развитие в нейроны, могут иметь больше шансов интегрироваться в существующие нейронные цепи, чем зрелые нейроны, считает Руслан Раст, доцент кафедры физиологии и нейронауки Медицинской школы Кека Университета Южной Калифорнии.

В идеале такие стволовые клетки можно было бы получить из собственных тканей пациента, чтобы снизить вероятность иммунного отторжения, но стандартизированные донорские клеточные линии уменьшают необходимость в контроле качества индивидуальных образцов тканей. Таким образом, нейроны, происходящие из тканей одного человека, могли бы заселить мозг другого человека.

Терапия стволовыми клетками проходила клинические испытания при болезни Паркинсона, инсульте, травме спинного мозга и эпилепсии, но ни одно из этих методов лечения этих заболеваний не одобрено Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) для коммерческого использования.

Раст рассказал Live Science, что будущие исследования должны будут учитывать потенциальные риски этих методов, такие как образование опухоли после трансплантации из-за недостаточно дифференцированных стволовых клеток или нарушение сигнальных путей клетками, которые всё же стали нейронами.

«Самый главный вопрос на миллиард долларов: как заставить [пересаженные клетки] стать теми клетками, которыми мы хотим их видеть, и как убедиться, что они интегрируются в те локальные нейронные сети, куда мы хотим их направить?» — сказал он.

Стволовые клетки также используются для создания выращенных в лаборатории моделей нервной ткани, называемых органоидами, которые можно пересаживать в мозг. Исследование 2023 года показало, что органоиды человеческого мозга могли восстанавливать повреждённую кору крысы, хотя терапия на основе трансплантации органоидов всё ещё находится на расстоянии многих лет. Раст заявил, что такие процедуры могут быть более инвазивными, чем пересадка отдельных стволовых клеток, и потребуют учёта кровоснабжения новой ткани.

Итак, пересадка мозга (или, если угодно, пересадка тела) остаётся в области научной фантастики. Но это не значит, что учёные не продвигаются к этой цели шаг за шагом. Давайте разберёмся, где мы находимся сейчас и какие горизонты открываются.

Почему это так сложно? Не просто «соединить трубки»

В отличие от пересадки сердца или почки, где хирургу нужно соединить несколько крупных сосудов и мочеточников, мозг содержит около 86 миллиардов нейронов, каждый из которых может формировать тысячи синапсов. Восстановить даже 1% этих связей после полной перерезки — задача, для которой у нас нет ни технологий, ни понимания.

• Регенерация аксонов. Периферические нервы (например, в руке или ноге) способны регенерировать со скоростью около 1 мм в день. Нейроны ЦНС (спинной и головной мозг) — нет. Они окружены микросредой, которая активно подавляет рост новых отростков. Даже если сшить концы спинного мозга идеально, аксоны не прорастут через шов.

• Иммунология. Мозг находится в «иммунно-привилегированной» зоне за гематоэнцефалическим барьером (ГЭБ). Если пересадить чужую ткань мозга, иммунная система хозяина, вероятно, атакует её с утроенной силой, потому что такие клетки будут выглядеть как «чужие» в квадрате. Пожизненная иммуносупрессия (как при пересадке органов) может быть недостаточно эффективной для мозга.

• Сенсорный и моторный хаос. Представьте, что ваше сознание «просыпается» в новом теле. Сигналы от проприорецепторов (датчиков положения конечностей), вестибулярного аппарата, кожи — всё это будет поступать в мозг по-другому. Скорее всего, это вызовет неконтролируемое укачивание, панику и неспособность даже пошевелить пальцем. Потребовались бы годы (если вообще возможно) переобучения мозга.

Альтернативы: от стволовых клеток к бионическому мосту

Поскольку полная трансплантация невозможна, учёные идут обходными путями.

1. Стволовые клетки. Это самая многообещающая область. Идея: не заменять весь мозг, а «заплатить» повреждённые участки (при травме, инсульте, нейродегенерации). Уже сейчас в клинических испытаниях тестируются:

   • Пересадка дофаминовых нейронов, выращенных из стволовых клеток, при болезни Паркинсона.

   • Введение стволовых клеток в область повреждения спинного мозга при параличе.

   • Использование стволовых клеток для восстановления гиппокампа при эпилепсии.

2. Бионические интерфейсы. Это не пересадка биологической ткани, а создание «цифрового моста». Например, чип, который считывает сигналы из моторной коры мозга и передаёт их по беспроводной связи на стимулятор мышц или экзоскелет. Технологии Neuralink (Илона Маска) и других компаний работают именно в этом направлении. Теоретически, если когда-нибудь будет создан надёжный интерфейс «мозг-спинной мозг», можно будет обойти повреждённый участок и восстановить движения. Но это не трансплантация, а протезирование.

3. Органоиды мозга. Выращенные из стволовых клеток миниатюрные «кусочки» мозга с определённой структурой. Их уже пересаживали мышам и крысам, и они интегрировались в нейронные сети хозяина. В будущем, возможно, таким образом можно будет чинить повреждённые зоны коры или базальных ганглиев, не прибегая к громоздкой трансплантации целого мозга.

Мораторий на пересадку головы: этика и реальность

Почему же история с доктором Канаверо вызвала такой скандал? Потому что он предлагал «сделать это сейчас», не имея решения ни одной из перечисленных проблем. Эксперты сошлись во мнении, что такая операция обречена на провал и причинит невыносимые страдания пациенту (если он проснётся) или просто убьёт его. Это не смелость, а безответственность.

Что нас ждёт в ближайшие 20-50 лет?

• Не полная пересадка мозга/головы. Это, скорее всего, так и останется фантастикой или, в лучшем случае, единичным «экспериментом на смертнике» в отдалённом будущем.

• Да — клеточная терапия для лечения инсультов, травм спинного мозга и нейродегенеративных заболеваний. Первые одобренные FDA препараты на основе стволовых клеток для мозга могут появиться в течение 10-15 лет.

• Да — гибридные интерфейсы «нейрон-электроника», позволяющие обходить повреждения и управлять протезами силой мысли. Это уже реальность, вопрос лишь в качестве и миниатюризации.

• Возможно — пересадка органоидов для восстановления конкретных функций (например, гиппокампа для памяти или чёрной субстанции для выработки дофамина).

Что касается крионики и замороженных голов в Alcor — шансы на их «оживление» в обозримом будущем практически нулевые. Замораживание без специальных криопротекторов (а ранние образцы, возможно, были заморожены именно так) приводит к необратимому разрушению клеток кристаллами льда. Даже если когда-нибудь научатся чинить нейронные цепи, восстановить структуру мозга после такого «ледяного удара» вряд ли удастся. Но идея бессмертия сильнее рациональных доводов. Пока есть богатые люди, готовые платить за надежду, будут и камеры с головами. Но медицинская наука движется к гораздо более реальным и гуманным способам продления и улучшения жизни — без отсечения головы.