頭部移植方案不受限制。
早在2013,神經科醫生就公開發表了他的計劃。與前幾天在印度出版的《外科神經病學國際》上發表的技術摘要相比,他的頭部移植計劃和步驟並沒有明顯進步,主要包括:
與通常的器官移植不同,受者(擁有健康的大腦,患有嚴重的身體疾病如霍金壹樣的“漸凍人”或高位截癱患者)和供者(腦死亡但身體健康的人)從生理角度看必須是活著的。
兩人被放在同壹個手術室,在深低溫(人體核心溫度降至12~15℃)和麻醉下,從頸部開始斬首。頸部的血管和肌肉被仔細解剖,脊髓需要用異常鋒利的刀非常整齊地切斷。
然後將受者的頭部和供者身體的頸段放在壹起,固定斷裂的頸椎,吻合血管和肌肉。將關鍵脊髓的兩個整齊的部分直接對齊,註入壹種叫做聚乙二醇的膜融合劑,然後根據情況註入這種“生物粘合劑”。這種方法被稱為脊髓融合。
他認為,成功的關鍵在於,從兩個人被砍頭到換頭成功的時間必須控制在1小時以內,盡量減少受者大腦和供者身體缺血缺氧的時間。
在接下來的3~4周內,頭部和身體被重建的“新人”將壹直處於昏迷狀態,以防止活動,等待頸部痊愈。脊髓將被植入電極進行定期電刺激,據說可以促進神經再生和連接。
卡納維羅預言,當這個新生命被喚醒時,他的頭和臉會再次有感覺和活動,他的聲音也會和以前壹樣。接受物理治療1年後,新人就可以恢復行走了。
頭部移植的歷史
頭部移植並不是壹個新話題。早在上世紀1954年,前蘇聯科學家弗拉基米爾·德米霍夫(Vladimir Demikhov)就將壹只小狗的頭部、前肢和部分胸部移植到壹只大狗的背部,“成功”制造了壹只“雙頭狗”。兩個狗頭都能獨立看東西和運動。
在第壹次實驗中,雙頭犬活了4天,在總共24次實驗中,這兩只雙頭犬分別活了2~6天。
在那個只有蘇聯壹家老大哥的年代,中國醫學界自然不想落後,紛紛跟進做雙頭犬的實驗。其中,哈爾濱醫科大學的趙世傑在1956中創造了雙頭犬存活5天4小時的國內最好紀錄,並以“誌存高遠,勇攀科學高峰”為題發表在《黑龍江醫學》1960第二期上。
1965年,美國科學家羅伯特·懷特將壹只狗的頭部移植到另壹只狗的脖子上,制成了壹只雙腦狗。
1970年,懷特“成功”進行了世界上第壹次“真正的”頭部移植手術,將壹只猴子的頭移植到另壹只無頭的身體裏。手術後,猴子頭部的感覺和運動恢復了,甚至差點咬到實驗者的手,但身體的感覺和運動完全不存在了。它僅依靠呼吸機維持生命9天,最終因排異反應死亡。
事實上,這些實驗都不能算是真正的頭部移植,因為只有接受者的身體暫時為移植的頭部提供生命支持,沒有壹個涉及脊神經移植和功能重建。移植的頭部和身體之間不可能建立神經連接,更不用說恢復了神經連接功能。
為什麽卡納韋羅計劃不受約束?
隨著現代外科技術的發展,脊柱融合固定、血管和肌肉早已是常規的成熟技術,而頭部移植的關鍵問題在於受體和供體之間的神經連接和功能重建。
卡納韋羅的計劃只是輕描淡寫地回避了這個關鍵問題。他的方案中所謂的脊髓融合,只是指用鋒利的刀片將脊髓切割整齊,簡單地將受體和供體的脊髓切片放在壹起,並試圖用所謂的聚乙二醇作為膜融合劑進行粘合。“預測”1年後可以恢復行走是不現實的。
當壹位采訪者對此提出質疑時,卡納維洛轉而表示,如果聚乙二醇脊髓融合方案不可行,那麽可以嘗試局部註射神經幹細胞或嗅鞘幹細胞,以促進神經軸突的再生和功能重建。
因此,卡納維羅自己也承認了他“深思熟慮”的計劃的不可靠性。
頭部移植、身體移植還是腦體重建?
其實和壹般的器官移植不同,假設手術真的成功了,新人的自我意識屬於大腦的供體,那麽大腦的供體就是受體,身體只能是生命支持的供體。所以把手術叫做頭部移植是不正確的,更嚴格的說應該叫身體移植或者腦體重建。
為什麽頭部移植目前不可行?
不管叫什麽名字,按照目前器官移植的標準,所謂的成功應該包括兩個方面,存活和功能重建或恢復。例如,去年,挪威宣布世界首例子宮移植手術成功,原因是移植子宮成功孕育並誕生了第壹例移植子宮嬰兒。
頭部移植的關鍵是重建脊神經的結構和功能,恢復大腦本身的功能,控制和調節新的機體。在可預見的長時間內很難實現。
腦功能
神經系統分為中樞神經系統(大腦和脊髓)和外周神經系統。
腦功能可以包括1)新皮層的高級功能,包括自我意識、認知、記憶、人格體現等。這些功能性腦組織可以單獨實現。2)感知功能,通過傳入神經接收機體的各種感覺信號,如視覺、聽覺、皮膚觸覺痛覺和溫度覺、關節和肌肉本體感覺和位置覺、內臟牽拉痛等。,這取決於外周傳入神經和大腦之間的聯系。3)支配運動功能需要大腦信號通過傳出神經傳遞到身體的執行組織和器官。4)包括內分泌器官在內的內臟器官功能的調節主要是通過傳入傳出神經的自主神經纖維和神經內分泌機制。
也就是說,除了大腦的高級功能外,其他幾項功能都必須通過大腦與周圍神經系統的連接來完成,涉及身體的部分必須通過脊髓作為“橋梁”。
脊髓
脊髓是連接大腦和身體周圍神經系統神經組織,其中被稱為灰質的部分是壹些中繼神經元,而白質部分是由神經元軸突組成的神經纖維,分別對應感知、運動和內臟調節的功能為上行傳入神經和下行傳出神經。
神經功能通常是高度分化和精確的。比如用兩根針並排刺激皮膚,會感覺到皮膚的不同部位。如果刺激強度達到有害程度,妳會感到疼痛。這些都是由不同的受體感知,沿著不同的神經傳入纖維編碼為電信號,最終傳遞到大腦。經過大腦分析合成,產生位置、性質、強度等感官判斷。
所以,神經纖維就像有線通信的光纜壹樣,數量龐大,分別準確傳輸,通常不會互相幹擾,而脊髓,尤其是頸髓,就像全國所有的通信光纜都集中在壹個狹窄的通道裏。
卡納維洛的方案所謂的脊髓融合方案,無異於把光纜剪斷,然後用壹種化學膠水把斷了的兩端粘在壹起。建立通信是完全不可能的,更不用說期望正確而準確的信號傳輸。
神經再生
神經纖維和光纖的區別在於,即使切斷光纖,雖然中斷了兩斷端之間的連接,但結構不會被破壞。
神經纖維是由神經元軸突組成的活性細胞部分。壹旦被切斷,遠端軸突就會解體。近端軸突雖有壹定的再生能力,但與其他組織相比較弱,生長緩慢。
更重要的是,近端再生的軸突必須與遠端正確對接,充分修復後才能恢復正常功能。
不幸的是,神經軸突的再生缺乏導航機制,因此幾乎不可能完全再生並正確對接。更何況還可以形成局部疤痕,阻止原本就很困難的神經再生。
這也是為什麽神經壹旦損傷,通常很難重建神經功能,至少不可能完全重建,即使采用顯微外科技術進行神經吻合。
更何況,除了神經元及其突起,神經組織中90%的細胞都是支持營養的膠質細胞。周圍神經和中樞神經組織中的膠質細胞是不同的。前者是壹種叫做許旺氏細胞的細胞,其唯壹功能是產生形成神經的原料髓鞘,不產生抑制軸突再生的物質。
相反,中樞神經系統中有兩種膠質細胞,少突膠質細胞和星形膠質細胞,它們都產生抑制軸突再生的化學因子。此外,其他壹些因素使得中樞神經系統中的軸突基本上缺乏再生能力(雖然不完全)。
中樞神經系統軸突再生的抑制是符合生命邏輯的。如果能主動再生,壹旦中樞神經系統受損,像雜草壹樣再生,必然導致人類總部內部“天下大亂”。
脊髓屬於中樞神經系統,頭部移植後脊髓切斷端的神經重建,恰恰是神經纖維即軸突的移植和再生。
在Canaveral方案中,單純依靠局部使用聚乙二醇來實現脊髓融合和功能重建是不可行的。
幹細胞技術
卡納韋羅的脊柱融合術受到質疑後,他求助於幹細胞技術來解決自己的尷尬。那麽幹細胞技術能否幫助重建脊髓的結構和功能呢?
到目前為止,只有少量的動物實驗數據可供參考。美國加州大學醫學院在《神經元》雜誌2014上報道的實驗中,將壹位86歲老人的皮膚細胞誘導轉化的神經幹細胞註射到脊髓切斷的大鼠體內3個月,發現在損傷的移植部位再生出大量成熟的神經元,其軸突長得很遠,甚至延伸到大腦。軸突穿過受傷的組織,與大鼠神經元連接。同樣,大鼠神經元的軸突穿入移植物,與細胞形成大量連接,但未發現功能恢復。
也就是說,雖然是壹項有潛力的可以幫助脊髓神經再生的技術,但這只是動物實驗的初步結果,還沒有發現功能重建的跡象。
因此,雖然它不是壹種成熟可行的可以用於人體的技術,但由於幹細胞再生神經元需要同時與近端和遠端神經纖維建立正確的橋接連接,像脊髓完全切斷的頭部移植壹樣,很難實現完全的神經功能重建。
但這種方法畢竟實現了神經再生,為脊髓功能重建帶來了壹線曙光。
其他難題
倫理問題:頭部移植必然會遇到前所未有的倫理挑戰,其中供體和受體都是生理意義上的活人。手術過程的第壹步,其實是同時將兩個活人斬首。單靠這種操作是很難被認可和接受的。壹旦手術失敗,操作者還將面臨故意殺人的刑事指控。
排異問題:頭部移植的受者和供者不可能像壹般器官移植那樣接受灌洗等預防排異的預處理,只能依賴排異抑制劑,很難達到理想的效果。
深低溫復蘇:目前還沒有將冷凍的頭部和腦組織“解凍”並復蘇的成功先例。雖然成功的冷傷復蘇的最低核心體溫記錄已經達到65438±05.7℃,但舊的人體低溫復蘇的功率很低。從12~15℃的較低深冷溫度恢復希望不大。
綜上所述,指望在脊髓完全切斷後,將斷端拼接在壹起,建立完整的神經結構和功能連接,在可預見的未來是不可行的。
前景
卡納韋羅頭部移植方案的不可行,並不意味著人類同種異體頭體重建徹底絕望。中國哈爾濱醫科大學附屬第壹醫院任小平博士和國外導師壹起,進行了壹些有益的設想,比如保留腦幹的頭體重建,以維持人類基本的生命功能,這至少可能大大提高身體存活的可能性。當然,手術本身已經演變成了腦移植手術,大腦皮層和下腦之間的神經機制和功能重建問題仍然無法克服。