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我們都知道如果心跳停止、血液循環終止，在細胞沒有氧氣的情況下，多數生物會不可逆地走向死亡。

然而，今（2022）年8月刊登於《自然》（Nature）期刊上、來自耶魯大學醫學院（Yale School of Medicine）的研究，卻挑戰了這個理所當然的概念。

如果要用簡單一段話來描述這個發現，那就是——研究團隊利用一種體外的技術儀器OrganEX，接上已經「死亡」的豬。結果發現，豬的血液循環與器官功能可以被重新活化。甚至，原本已經心跳停止了一個小時的豬，在接上儀器後，心臟竟重新產生了電生理跡象、心肌細胞也開始收縮。為什麼這個件事值得注意呢？傳統上都認為，心臟停止跳動（cardiac arrest）所造成的血液循環停止（circulation stop）與缺氧（oxygen deprivation），是一種不可逆的、無法挽回的現象。然而，這篇文章所發表的研究結果挑戰了這一個概念，並且更引發了另一個重要的議題：到底什麼是死亡？死亡的定義是什麼呢？

心跳已經停止，OrganEx如何重新建立血液循環？

早在2019年，耶魯大學醫學院的研究團隊就設計研發了一種針對大腦的體外灌流儀器，稱作BrainEX。希望藉由體外灌流，重新恢復歷經缺氧後大腦細胞與分子的功能。

BrainEX這個儀器，主要是由以下幾個部分所組成的： 幫浦、脈衝產生器（pulse generator）、血液透析（haemodiafiltration）、氣體注入（gas infusion）與藥物遞輸系統（drug-delivery system），再加上各式各樣的感測器（sensors）來偵測身體的代謝功能、循環功能等生理指標。

其中最重要的，就是注入大腦內的灌流液了。而這些灌流液又是由哪些成分所構成的呢？

灌流液中除了有基本常見的像是抗生素、抗氧化劑等物質以外，主要還包含了一種叫做Hemopure的物質。Hemopure是一種人工合成的蛋白質，看到名字不難猜出來，它的功能就像是我們紅血球上的血紅素（hemoglobin）一樣，可以攜帶氧氣至身體內的器官中。

研究人員們打開已經死亡的豬的頭骨，將牠的大腦分離出來（ex vivo），並連接上BrainEX儀器裝置。結果研究發現，即使已經死亡了四個小時，BrainEX能夠成功地重建並維持大腦細胞的神經活性、代謝功能（metabolism）、與大腦組織的結構完整性。該研究發表在2019年的《自然》期刊上。

三年後來自同樣的團隊，研究人員們將BrainEX技術改良研發出OrganEX，希望可以將它應用在更多的器官上。我們知道，大腦是身體缺氧時最脆弱、最容易受損的器官。「若我們能夠重建死亡大腦的部分功能，其他器官或許也可以被重建。」該研究團隊的主要負責人塞斯唐（Nenad Sestan）在接受《自然》訪問時如此說道。

因為BrainEX原本是專門針對大腦所設計的，為了能夠將這項技術應用到全身器官，研究團隊改良了灌流液，除了原本用來攜帶氧氣的Hemopure、常見的抗生素、抗氧化劑以外，還在其中添加了抗凝血劑／抗發炎劑等，總共12種物質，更進一步地避免全身器官的凝血與發炎現象。

那麼，詳細的實驗流程是如何進行的？

首先，研究人員利用心室顫動（ventricular fibrillation）使實驗豬引起心搏停止（VF-induced cardiac arrest）。接著在動物死亡一個小時後，啟動OrganEX儀器將灌流液注入死亡的動物體內，進行全身性灌流（whole-body reperfusion）。

整個灌流持續了六個小時，在這段期間內，實驗團隊持續地收集並監控實驗動物的各種生理影像與生理數據，像是血管造影（angiography）、超音波檢查（ultrasonography）、心電圖（electrocardiography,ECG）、腦電圖（electroencephalography, EEG）等資訊。

OrganEX與葉克膜的差別在哪裡？

這樣聽起來，OrganEX技術似乎跟我們常聽到的葉克膜（extracorporeal membrane oxygenation system,ECMO）有一點相像？的確，OrganEX和葉克膜在概念上是有些相似的。

但是OrganEX和葉克膜最大的不同在於葉克膜是將病患「自己的血液」引流至體外，移除血液中的二氧化碳，加入新鮮的氧氣後，再重新注入回病患體內；而OrganEX則是注入前面介紹的，由血液再加上12種物質所組成的灌流液。其中，灌流液內最重要的成份Hemopure，因為具有比一般紅血球更小的分子量，所以可以將氧氣運送至微小甚至是塌陷的血管末端（collapsed vessels），這一點也被研究團隊認為是OrganEX比起葉克膜更具有優勢的地方。

也因為OrganEX和葉克膜的相似概念，所以在這篇研究文章中，幾乎所有重要的數據都是以OrganEX組對比葉克膜組進行分析比較。

在經過灌流以後，研究人員們首先發現，跟OrganEX相比，葉克膜無法將新鮮的血液遞送至全身器官內，導致一些器官內的微小血管末端出現了明顯的坍塌萎縮現象。

相較於葉克膜，OrganEX則能夠更有效地將灌流液與氧氣傳遞至全身各個器官中。研究人員們進一步發現，在大腦、心臟、肺臟、肝臟、腎臟，以及胰臟中，使用OrganEX的組別器官內都顯示了較低程度的細胞死亡現象，也展現了較高程度的細胞修復現象。甚至，研究人員們還在原本已經死亡的心臟中，重新偵測到了電生理活動（electrical activity）的跡象，與心肌細胞的收縮現象（contraction）。
 

圖一  | OrganEX 技術的示意圖與本研究的實驗流程

圖a和圖b是OrganEX系統接上實驗動物的示意圖。圖c則是整篇研究論文的實驗流程圖，以及動物實驗中不同的實驗條件與情況。

儘管最後心臟的功能並沒有被完全重新啟動，但研究團隊在其他的器官，像是腎臟與肝臟，同時也偵測到了較高程度的新陳代謝功能。這些結果都顯示與葉克膜相比，OrganEX能夠更有效地促進各個器官的復原，以及器官功能的再啟動。

接著研究團隊想要更進一步探討，OrganEX能夠促進器官功能的重新啟動，背後可能的機轉（mechanism）是什麼？因此，他們利用單細胞分析（single-cell analysis）技術，研究接受了OrganEX儀器灌流後的動物各個器官內細胞的基因表現如何？

分析結果指出，OrganEX組在腎臟、肝臟、心臟中有關細胞死亡與發炎反應（inflammation）的基因表現，跟葉克膜組相比都有著顯著的差異。這些分析結果更進一步地顯示，細胞死亡與發炎反應的相關基因可能都是OrganEX促進復原器官功能、重建血液循環的可能機轉之一。

OrganEX可能帶來什麼樣的改變呢？

根據上述這些實驗結果，OrganEX似乎可以更好的保存人體死亡後準備進行移植的器官，避免器官受到心臟停止的影響？

的確，這些研究數據紛紛指出OrganEX比起葉克膜，或許可以更有效、更高程度地避免器官的壞死。更精確地說，OrganEX技術可能可以特別針對某一類的器官捐贈，產生重要的影響。

死亡後的器官捐贈大致可以被分為兩個類別，分別是腦死後器官捐贈（donation after brain death, DBD）與心臟死後器官捐贈（donation after circulatory death,DCD）。DBD顧名思義，就是指在腦死（brain death）後所進行的器官捐贈。換句話說，DBD的捐贈者大腦，包括腦幹的功能是完全喪失的，但是他的心臟血
液循環仍是未受損的（intact blood circulation）。而DCD則是指在心臟死亡（circulatory death）後所進行的器官捐贈。更詳細地說，DCD的捐贈者有可能是因為腦部受到了不可逆的嚴重損傷（但未達到判定腦死的標準），而後續的治療也很可能無法使他康復或存活的情況下，必須依賴維生醫療支持著。DCD的器官在器官捐贈者被撤除維生醫療（withdrawal of lifesustaining therapy, WLST）後，器官會經歷一段時間的溫缺血（warm ischaemia time, WIT）狀態，這個狀態的時間長短，會直接地影響到器官移植後的預後。因此，這篇研究才會將實驗流程設計為等待實驗動物死亡一個小時後（1h WIT）再進行OrganEX的灌流，藉此更加貼近模擬未來可能的臨床應用情境。

綜合以上所述，從目前的研究數據來看OrganEX這項技術，不僅可能比現有的葉克膜表現更好，在未來的器官捐贈應用上面，特別是在改善心臟死亡後器捐這一塊，OrganEX的技術可能會是一個重要的里程碑。

OrganEX可以重新建立血液循環，那⋯⋯神經細胞呢？

文章接近尾聲了，但不曉得讀者有沒有注意到，關於OrganEX對動物死亡後的器官所產生的改變，從開始到現在，有一個器官幾乎沒有被提及？

沒錯，就是大腦。

雖然研究人員在論文中有提到，OrganEX和BrainEX一樣可以維持死亡後大腦組織的完整性；但是研究團隊特別強調，他們並沒有偵測到任何可能顯示實驗動物重新獲得意識或感知能力的大腦神經訊號。他們認為沒有偵測到神經訊號的原因，可能是因為儀器所使用的灌流液溫度是28℃，遠低於正常體溫；抑或是因為灌流液中含有麻醉物質與其他的神經阻斷劑（neuronal blockers），才會導致神經訊號的傳遞被抑制，而無法被儀器偵測到。

然而，有一個現象是他們觀察到，但無法清楚解釋的。他們發現，當給予實驗動物一種染劑（contrast dye）來做大腦顯影時，原本已經死亡的豬竟在牠的頭部、頸部、軀幹（torso）產生不由自主的抽蓄現象，且這樣的現象只在OrganEX組中發生，並沒有在其他的組別中被觀察到。因為沒有偵測到動物大腦的電生理活性，研究人員們目前認為這個肌肉的抽蓄現象，或許可能是動物的脊髓神經活性所造成。

然而，這僅僅只是研究人員們的推測，背後真正的原因是什麼？還有待更進一步的釐清。也因此，研究團隊的下一步除了將會持續地改良並擴展OrganEX技術的應用以外，該團隊也特別強調，將會針對這個只在OrganEX上出現的頭頸部抽蓄現象，進行更全面的研究。希望能夠對於缺氧後大腦功能的復原和移植器官的保存，有更深入的理解。

OrganEX可能造成的生物倫理難題與挑戰

儘管目前OrganEX的技術，還沒有辦法完全讓已經死亡的心臟重生，也無法再次復原大腦的神經訊號。但隨著科技的持續進步，會不會將來有一天這些困難都能夠被克服呢？OrganEX或是未來的相關技術，是否有機會能夠重新啟動已死亡動物的大腦神經訊號傳遞呢？

到時候，這個動物還能被稱為死亡嗎？

或者應該這樣問，就算有大腦神經訊號的傳遞，那就代表有意識或是有感知能力嗎？未來若OrganEX相關技術更加成熟並應用在臨床上，那已經心臟停止跳動一個小時的病人，可以被宣告死亡嗎？什麼樣的情況，才可以被定義為死亡呢？在這篇研究的相關報導中，《自然》期刊訪問了一位紐約大學（New York University, NYU）的生物倫理學專家，該專家在訪問中提到了一句話，我想，或許是目前關於死亡最貼切的形容了：「死亡並非是一個狹隘的片刻，死亡是一個漸進的過程。」這樣的概念，其實也正是這篇研究中所強調的。

最後，隨著生物醫學不斷的進步與發展，許多關於生命倫理、道德爭議、哲學與神學的問題，也逐漸地浮上檯面受到世人的關注。

從女性的終止妊娠權、基因編輯胎兒（CRISPR baby）爭議、胚胎幹細胞的研究、安寧療護的停止、到死亡後的移植器官捐贈，以及這篇文章所提到的死亡的定義等，這些生物倫理的爭議，都是生物醫學科技發展到一定程度後，我們人類所必須面對的難題與挑戰。這些挑戰，都遠遠地比科學技術本身，要來得更加複雜與棘手，需要我們用更多的討論與智慧來面對和處理。

延伸閱讀
1. Andrijevic, D., et al. (2022). Cellular recovery after prolonged warm ischaemia of the whole body. Nature, 608(7922), 405-412.
2. Vrselja, Z., et al. (2019). Restoration of brain circulation and cellular functions hours post-mortem. Nature, 568(7752), 336-343.
3. Kozlov, M. (2022). Pig organs partially revived in dead animalsresearchers are stunned. Nature.