器官長期無損冷凍新方法

■本刊綜合

器官移植是目前臨床治療不可逆器官終末期衰竭性疾病的唯一手段。近年來，我國累計(jì)器官捐獻(xiàn)志愿者數(shù)量正不斷增加，中國人體器官捐獻(xiàn)管理中心最新數(shù)據(jù)顯示，目前已有626 萬人進(jìn)行了器官捐獻(xiàn)登記。然而，雖然器官捐獻(xiàn)數(shù)量在不斷增加，真正能使用到這些器官的患者卻少之又少。據(jù)統(tǒng)計(jì)，超過60%的捐贈心臟和肺未能及時(shí)到達(dá)接受者手中。世界衛(wèi)生組織估計(jì)，只有不到10%需要器官移植的人真正得到了移植，造成這種浪費(fèi)的主要原因，便是離體器官的“保鮮時(shí)間”過于短暫。

轉(zhuǎn)瞬即逝的生機(jī)

目前大多數(shù)器官在摘取后采用裝滿冰的冷卻器里“靜態(tài)冷藏”。醫(yī)生首先用“保存液”沖洗組織，以保護(hù)器官免受嚴(yán)寒造成的損傷。這些溶液還含有營養(yǎng)鹽和抗氧化劑來維持細(xì)胞存活和抑制炎癥。在0℃～4℃下，細(xì)胞的新陳代謝率降至正常速度的5%左右，因此組織消耗能量的速度要慢得多，維持活動所需的氧氣也更少。給器官降溫有助于延緩缺血的發(fā)生，從而防止器官出現(xiàn)受損或功能失調(diào)。

保溫容器或冷藏箱中靜態(tài)存放供體器官保質(zhì)期通常都很短，人類心臟或肺與捐贈者分離后，醫(yī)生需在4～6 小時(shí)內(nèi)將其連接到新患者的血液供應(yīng)中，以免其受到不可挽回的損壞；腎臟最長可離體保存時(shí)間不能超過24 小時(shí)；肝臟離體后只能保存8～12 小時(shí)；像胰臟、小腸等消化器官，由于存在殘留細(xì)菌、消化酶、組織駐留性淋巴細(xì)胞等特點(diǎn)，保存起來難度更大，保存時(shí)間會更短……

過短的保存時(shí)間給醫(yī)療系統(tǒng)和患者帶來了巨大負(fù)擔(dān)。可以說目前的器官移植手術(shù)一般都是爭分奪秒的急診手術(shù)，在空間和時(shí)間上較大地限制了醫(yī)生對患者的救治。有時(shí)即便配型成功的患者也有可能因活體器官轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間過長而錯(cuò)過最佳手術(shù)時(shí)機(jī)，甚至失去手術(shù)機(jī)會。

冷凍技術(shù)的障礙

早在1949 年，研究者們就開始使用甘油等冷凍保護(hù)劑（CPA）保存各種活的生物系統(tǒng)，包括細(xì)胞、組織、器官甚至是整個(gè)生物體，但無論是冷凍還是化凍過程都會對器官造成一定損傷。在器官冷凍過程中，水分會從無定型狀態(tài)轉(zhuǎn)為鋒利的冰晶，刺穿細(xì)胞；此外，細(xì)胞內(nèi)的鹽分又會在解凍部位高度濃縮，導(dǎo)致生物毒性。而在解凍的過程中，如果不能使器官均勻地受熱，不均勻的膨脹和收縮同樣會使器官開裂崩壞。因此，長久以來“冷凍”和“解凍”一直是器官冷凍保存的兩大難點(diǎn)。

針對冷凍問題，有科學(xué)家提出了玻璃化的方法，即通過使用冷凍保護(hù)劑和液氮快速降溫的方法將器官快速冷卻到穩(wěn)定、無冰晶的玻璃化狀態(tài)。不過，這種方法對于微小胚胎來說是可行的，但要應(yīng)用在整個(gè)器官大小的組織上時(shí)則面臨著更多難點(diǎn)。首先是冷凍保護(hù)劑無法均勻地滲入較大的組織中，其次是當(dāng)器官較大時(shí)，其中心部位凝固所需的時(shí)間會延長，這將導(dǎo)致冰晶的形成。另外，大量的冷凍保護(hù)劑具有毒性，可能會對器官造成其他損傷。且同樣的冷凍劑可能對不同類型的細(xì)胞產(chǎn)生的毒性也各不相同。無論哪種類型的細(xì)胞受到損傷，都會影響器官的使用功能。

科學(xué)家找到無損長期凍存器官新方法

近期，來自美國明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)取得了重大突破。他們相繼解決了“冷凍”和“解凍”這兩個(gè)器官低溫保存中的難題，實(shí)現(xiàn)了大鼠腎臟的低溫冷凍與解凍。該研究已發(fā)表于《自然·通訊》雜志。

首先，研究者對原先冷凍保護(hù)劑的成分進(jìn)行了探索，發(fā)現(xiàn)用乙二醇取代原本保護(hù)劑中的丙二醇后，冷凍保護(hù)劑對腎臟的毒性較低。研究團(tuán)隊(duì)將這種冷凍保護(hù)劑注射至組織中后，在冷卻時(shí)可以快速實(shí)現(xiàn)器官組織中水分子的玻璃化，而不會造成損傷。

其次，科學(xué)家們使用了一種“納米復(fù)溫”技術(shù)，在冷凍前向器官組織注射一種納米級氧化鐵顆粒，使之均勻分布在器官內(nèi)，在解凍時(shí)，將凍存器官放在射頻線圈中，處在交變磁場中的器官會使其中的納米氧化鐵顆粒得到均勻受熱，從而在90 秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)對整個(gè)器官的復(fù)溫解凍。

“納米復(fù)溫”后的大鼠腎臟

在大鼠實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家們對5 只離體大鼠腎臟使用了這兩項(xiàng)新技術(shù)，并將其在-150℃的低溫狀態(tài)下進(jìn)行保存，最長保存時(shí)間長達(dá)100 天。之后，他們將這5 只大鼠腎臟分別移植至5 只活體大鼠體內(nèi)。結(jié)果，這5 只大鼠均在手術(shù)中存活，并且在移植后30 天內(nèi)恢復(fù)了完整的腎臟功能。

該研究表明，在低溫下儲存一段時(shí)間的玻璃化器官可以通過納米復(fù)溫技術(shù)成功恢復(fù)，用于維持生命的全器官功能用于移植。研究人員表示，他們已計(jì)劃未來6 個(gè)月內(nèi)在與人類腎臟大小相仿的豬腎上開展類似的研究，如果一切順利的話，這項(xiàng)技術(shù)將極大地延長器官“保質(zhì)期”。

南開大學(xué)附屬第一中心醫(yī)院器官移植中心主治醫(yī)師、南開大學(xué)移植醫(yī)學(xué)研究院課題組組長粘燁琦博士認(rèn)為：“這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展成熟并應(yīng)用于臨床后，器官移植就不再只是急診手術(shù)，將有更長的時(shí)間去完善術(shù)前準(zhǔn)備。分配系統(tǒng)也能夠有更多的時(shí)間進(jìn)行器官分配，實(shí)現(xiàn)最佳的組織配型，同時(shí)邊遠(yuǎn)地區(qū)的患者也能夠得到更多的移植機(jī)會。目前利用率較低的器官，如心臟、肺、胰腺等可以得到更好的保存與運(yùn)輸。”

盡管人們對生物冷凍科學(xué)這個(gè)領(lǐng)域的認(rèn)知和理解仍然是皮毛，但是隨著科學(xué)研究的不斷進(jìn)步，也許在未來某一天，人類可以冷凍和復(fù)活整個(gè)生物體。