器官移植机械灌注产品研究进展

贾俊君 李建辉 周燕飞 岑凯立 周琳, 4 郑树森, , 4

·综述·

器官移植机械灌注产品研究进展

贾俊君1, 2李建辉3周燕飞1, 2岑凯立1, 2周琳1, 2, 4郑树森1, 2, 3, 4

机械灌注是一种新型的器官保存和转运方式。相比于传统静态冷保存，机械灌注能提高器官体外保存效果，挽救边缘供器官甚至扩展供器官来源。目前国内外有多个研究中心致力于机械灌注系统的研发，并且许多已经应用或者即将应用于临床。本文就肝、肾等大器官机械灌注系统研究进展作一综述。

机械灌注； 静态冷保存； 器官移植； 边缘器官

机械灌注是一种新型的器官保存和转运方式。器官获取后将自身血管连接至机械灌注系统，在器官保存、转运阶段以灌流液持续灌注离体器官，同时供给离体器官氧气、营养物质等。根据维持温度不同，可以分为低温(4～6 ℃)、亚低温(20～25 ℃)、常温(37 ℃)机械灌注。与传统静态冷保存相比，机械灌注能更好地保存离体器官[1]，甚至挽救标准外器官[2]，为解决器官短缺提供了新思路，有望进一步扩展供器官来源。目前国内外有多个研发团队致力于机械灌注系统的研发，许多新系统都已经应用于临床，现将其研究进展综述如下。

1 肝 脏

现有肝脏机械灌注系统主要包括：低温机械灌注有Lifeport Liver Transporter (美国Organ Recovery Systems公司)和Liver Assist(荷兰Organ Assist公司)，常温机械灌注有OrganOx metra®(英国OrganOx公司)。这些产品均处于临床前研究阶段，还未在市场上销售。此外，在维也纳召开的2015国际肝病会议上，有研究报道可携带机械灌注仪器AirdriveTM(荷兰INDES公司)能有效维持心脏死亡器官捐献(donation after cardiac death，DCD)供肝的质量及活力；在大动物实验中验证其效果，发现使用AirdriveTM保存供肝5 d生存率达100%，但该研究结果尚无文献发表。

美国Organ Recovery Systems公司与哥伦比亚大学James Guarrera团队合作，首次报道了低温机械灌注应用于临床肝移植的病例预后，证实Lifeport肝脏转运器应用于临床安全有效，可以显著降低术后早期移植物失功[3]。2015年，他们又证实了这项技术可以用于挽救边缘供肝，废弃的供肝经过低温机械灌注之后成功移植给受者，为拓展供肝来源提供了新的思路[4]。另外，基于体外器官获取系统(Extra-Corporal Organ Procurement System，ECOPS)设备(荷兰Organ Assist公司)的低温携氧灌注系统(hypothermic oxygenated perfusion，HOPE)应用于临床肝移植的报道证实，HOPE对DCD供肝有保护作用，可减轻再灌注损伤[5]。OrganOx系统是第一款常温机械灌注系统，该产品近期完成的Ⅰ期临床试验结果显示，其在肝脏转运、保存方面安全有效，与静态冷保存相比可显著降低术后7 d内AST水平[1]。UW液是肝脏机械灌注系统最常用的保存液。

2 肾 脏

肾脏低温机械灌注系统主要包括：Lifeport Kidney Transporter(美国Organ Recovery Systems公司)、脉冲式灌注泵RM3系统 (美国Waters Medical Systems公司)、Kidney Assist (荷兰Organ Assist公司)，上述系统均已应用于临床。自低温机械灌注问世以来，肾脏保存方式的选择一直是争论的焦点[6-8]。理论上，低温机械灌注有如下优势：保持血管通畅、提供部分能量和氧气、清除代谢废物等[9]。Lifeport肾脏转运器应用最为广泛，全世界已经应用于5万例以上的临床肾移植。临床观察结果显示，相比于静态冷保存，应用该系统保存的供肾移植可减少术后移植肾功能延迟恢复(delayed graft function，DGF)[10-11]、减少术后排斥反应的发生和改善纤维化[12]、减少医疗开支[13]以及改善临床预后[14]。肾脏低温机械灌注液主要为KPS-1和HTK液。KPS-1为国际公认、规范、标准的肾脏机械灌注液，在国内也得到广泛使用[15]。此外，目前尚未发现携氧低温机械灌注应用于供肾的临床报道。

移植肾常温机械灌注在1976年由Fuller等[16]首次提出，近年来首次应用于临床[17-18]，但这些系统多为自制系统，尚未商业化。英国莱斯特综合医院研究结果证实，常温机械灌注在减少DGF方面同样效果显著[18]。相比于低温机械灌注，常温机械灌注能够维持肾脏的正常代谢，避免了冷缺血损伤，同时常温状态对于维持细胞的形态和功能有一定意义[19]。常温机械灌注所用的灌注液多为血制品，由于血液生化检测十分方便、快捷，为实时动态监测器官质量提供了有利条件[20-21]。除了保存器官外，常温机械灌注在边缘供肾的质量修复方面可能更有优势，但这一作用还需更多临床研究证实[22]。

3 心 脏

静态冷保存是心脏移植最常用的保存方式，但其保存时限仅4 h。这极大地限制了心脏移植的发展，因为几乎所有的供心都在4 h车程以外，这也是美国所有心脏捐献中仅27%捐献成功的原因[23]。而如此多的供心浪费也导致更多的终末期心脏疾病患者将承受更多的痛苦。

LifeCradle® Heart Perfusion System是美国Organ Transport Systems公司于1999年开始研发的低温机械灌注仪器，具有简单易学、轻便、可携带等特点，可显著提高心脏体外保存时间，扩展了心脏转运距离，提高了供心利用率。迄今为止，这款设备已经进行了超过300例的动物实验，所得出的数据不仅优化了其参数设定，还证实了其心脏保存效果优于传统静态冷保存[24-25]。后期临床试验进一步证实了上述结论，同时该设备可以将离体心脏安全保存时间拓展至12 h；此外，在受试的33例供心中，弃用心脏经过该设备灌注后50%可以重新应用于心脏移植[26]。除了将弃用心脏修复再利用外，该系统还有助于更好地保存DCD供心，有望进一步扩展供心来源[27]。

4 肺 脏

在美国，仅有21.4%的供肺被成功移植至受者，供肺利用率低[28]。瑞典XVIVO Perfusion公司的XVIVO灌注系统(XPSTM)是一款肺脏常温机械灌注设备，2014年8月已经获得美国食品药品管理局(Food and Drug Administration, FDA)批准，目前可以在市场上买到成品。它包括离心泵、制冷/制热装置、血气分析模块和机械通气模块，以STEEN SolutionTM为冲洗液，血液为灌流液，可以在灌流过程中对肺脏功能进行评价。北美一项临床研究结果显示，应用此设备后60%以上的供肺被用于移植，大大提高了供肺利用率[29]。

5 多器官应用

VASOWAVETM(美国Smart Perfusion公司)是一款平台型常温机械灌注仪器，几乎适用于各种器官灌注，尤其是肝脏和肾脏，已经提交FDA认证。此设备在常温下可以实时传送氧气、葡萄糖和其他营养物质至离体器官，维持器官活力，但缺点是不可携带。

Organ Care System(美国TransMedics公司)是一款低温机械灌注设备，临床试验证实其适用于肝脏、肾脏、心脏和肺，可以降低离体器官代谢率、延长供器官保存时间，可应用于器官复苏、脂肪肝去脂、转运等[30-33]。它由两部分组成：可移动平台和器官特异性灌注系统。可移动平台包括氧合模块、泵，最大的特色是包含一块无线显示屏可以显示灌流过程中的各种参数及器官相关的功能指标。

美国Organ Recovery System公司也研发了一款温度可控、适用于多器官保存的工作站，它整合了Lifeport肝脏转运器与肾脏转运器的相关技术，能够实现器官体外温度控制(0～37 ℃)、持续补充氧气、动态监测器官活力等。它具有以下优势[34]：①减少时间依赖的缺血损伤；②体外供肝功能评估；③挽救边缘供肝，扩展供器官来源；④增加移植数量，减少移植术后并发症；⑤改善预后，最大化利用供器官，减少医疗费用。

6 总 结

尽管许多文献已经报道机械灌注可以改善供器官保存质量、延长器官保存时间，但静态冷保存依然是目前器官移植领域最常用的供器官保存方法，主要是其简便、经济且能满足大多数器官的保存要求。机械灌注设备相对笨重且费用较高，另外需要额外的插管技术，转运要求也更高。但是随着越来越多边缘供器官(如DCD供器官)的应用，机械灌注得到了前所未有的重视，灌注产品也层出不穷。

目前器官移植领域低温机器灌注系统应用较广泛，但灌注途径、灌注流速及压力、氧合程度、温度等主要参数，目前尚未达成共识。随着生物医学、工程学及移植技术的不断进步，机械灌注设备必将更加简易、方便携带、稳定有效，从而更好地服务于临床，造福病患。

1 Ravikumar R, Jassem W, Mergental H, et al. Liver transplantation afterexvivonormothermic machine preservation: a Phase 1 (first-in-man) clinical trial[J]. Am J Transplant, 2016,16(6):1779-1787.

2 Perera T, Mergental H, Stephenson B, et al. First human liver transplantation using a marginal allograft resuscitated by normothermic machine perfusion[J]. Liver Transpl, 2016,22(1):120-124.

3 Guarrera JV, Henry SD, Samstein B, et al. Hypothermic machine preservation in human liver transplantation: the first clinical series[J]. Am J Transplant, 2010,10(2):372-381.

4 Guarrera JV, Henry SD, Samstein B, et al. Hypothermic machine preservation facilitates successful transplantation of "orphan" extended criteria donor livers[J]. Am J Transplant, 2015,15(1):161-169.

5 Dutkowski P, Schlegel A, de Oliveira M, et al. HOPE for human liver grafts obtained from donors after cardiac death[J]. J Hepatol, 2014,60(4):765-772.

6 Rosenthal JT, Herman JB, Taylor RJ, et al. Comparison of pulsatile machine perfusion with cold storage for cadaver kidney preservation[J]. Transplantation, 1984,37(4):425-426.

7 Halloran P, Aprile M. A randomized prospective trial of cold storage versus pulsatile perfusion for cadaver kidney preservation[J]. Transplantation, 1987,43(6):827-832..

8 Jaffers GJ, Banowsky LH. The absence of a deleterious effect of mechanical kidney preservation in the era of cyclosporine[J]. Transplantation, 1989,47(4):734-736.

9 Siedlecki A, Irish W, Brennan DC. Delayed graft function in the kidney transplant[J]. Am J Transplant, 2011,11(11):2279-2296.

10 Sedigh A, Tufveson G, Backman L, et al. Initial experience with hypothermic machine perfusion of kidneys from deceased donors in the Uppsala region in Sweden[J]. Transplant Proc, 2013,45(3):1168-1171.

11 Deng R, Gu G, Wang D, et al. Machine perfusion versus cold storage of kidneys derived from donation after cardiac death: a meta-analysis[J]. PLoS One, 2013,8(3):e56368.

12 Kwiatkowski A, Wszola M, Perkowska-Ptasińska A, et al. Influence of preservation method on histopathological lesions of kidney allografts[J]. Ann Transplant, 2009,14(1):10-13.

13 Garfield SS, Poret AW, Evans RW. The cost-effectiveness of organ preservation methods in renal transplantation: US projections based on the machine preservation trial[J]. Transplant Proc, 2009,41(9):3531-3536.

14 Moers C, Pirenne J, Paul A, et al. Machine perfusion or cold storage in deceased-donor kidney transplantation[J]. N Engl J Med, 2012,366(8):770-771.

15 Lee CY, Jain S, Duncan HM, et al. Survival transplantation of preserved non-heart-beating donor rat livers: preservation by hypothermic machine perfusion[J]. Transplantation, 2003,76(10):1432-1436.

16 Fuller BJ, Pegg DE. The assessment of renal preservation by normothermic bloodless perfusion[J]. Cryobiology, 1976,13(2):177-184.

17 Hosgood SA, Nicholson ML. First in man renal transplantation afterexvivonormothermic perfusion[J]. Transplantation, 2011,92(7):735-738.

18 Nicholson ML, Hosgood SA. Renal transplantation afterexvivonormothermic perfusion: the first clinical study[J]. Am J Transplant, 2013,13(5):1246-1252.

19 Kay MD, Hosgood SA, Harper SJ, et al. Static normothermic preservation of renal allografts using a novel nonphosphate buffered preservation solution[J]. Transpl Int, 2007,20(1):88-92.

20 Thiara AP, Hoel TN, Kristiansen F, et al. Evaluation of oxygenators and centrifugal pumps for long-term pediatric extracorporeal membrane oxygenation[J]. Perfusion, 2007,22(5):323-326.

21 Bagul A, Hosgood SA, Kaushik M, et al. Experimental renal preservation by normothermic resuscitation perfusion with autologous blood[J]. Br J Surg, 2008,95(1):111-118.

22 Hosgood SA, van Heurn E, Nicholson ML. Normothermic machine perfusion of the kidney: better conditioning and repair?[J]. Transpl Int, 2015,28(6):657-664.

23 Macdonald PS, Chew HC, Connellan M, et al. Extracorporeal heart perfusion before heart transplantation: the heart in a box[J]. Curr Opin Organ Transplant, 2016,21(3):336-342.

24 Rosenbaum DH, Peltz M, DiMaio JM, et al. Perfusion preservation versus static preservation for cardiac transplantation: effects on myocardial function and metabolism[J]. J Heart Lung Transplant, 2008,27(1):93-99.

25 Peltz M, He TT, Adams GA 4th, et al. Perfusion preservation maintains myocardial ATP levels and reduces apoptosis in anexvivorat heart transplantation model[J]. Surgery, 2005,138(4):795-805.

26 Cobert ML, Merritt ME, West LM, et al. Metabolic characteristics of human hearts preserved for 12 hours by static storage, antegrade perfusion, or retrograde coronary sinus perfusion[J]. J Thorac Cardiovasc Surg, 2014,148(5):2310-2315.

27 Onorati F, Santarpino G, Cristodoro L, et al. Continuous coronary sinus perfusion reverses ongoing myocardial damage in acute ischemia[J]. Artif Organs, 2009,33(10):788-797.

28 Mooney JJ, Hedlin H, Mohabir PK, et al. Lung quality and utilization in controlled donation after circulatory determination of death within the United States[J]. Am J Transplant, 2016,16(4):1207-1215.

29 Cypel M, Yeung JC, Machuca T, et al. Experience with the first 50exvivolung perfusion in clinical transplantation[J]. J Thorac Cardiovasc Surg, 2012,144(5):1200-1206.

30 Stamp NL, Shah A, Vincent V, et al. Successful heart transplant after ten hours out-of-body time using the TransMedics Organ Care System[J]. Heart Lung Circ, 2015,24(6):611-613.

31 Warnecke G, Moradiellos J, Tudorache I, et al. Normothermic perfusion of donor lungs for preservation and assessment with the Organ Care System Lung before bilateral transplantation: a pilot study of 12 patients[J]. Lancet, 2012,380(9856):1851-1858.

32 Perera MT, Clutton-Brock T, Muiesan P. One donor, two types of preservation: first description of a donation after circulatory death donor with normothermic abdominal perfusion and simultaneous cold perfusion of lungs[J]. Liver Transpl, 2014,20(8):1012-1015.

33 Ardehali A, Esmailian F, Deng M, et al.Ex-vivoperfusion of donor hearts for human heart transplantation (PROCEEDⅡ): a prospective, open-label, multicentre, randomised non-inferiority trial[J]. Lancet, 2015,385(9987):2577-2584.

34 Van Caenegem O, Beauloye C, Bertrand L, et al. Hypothermic continuous machine perfusion enables preservation of energy charge and functional recovery of heart grafts in anexvivomodel of donation following circulatory death[J]. Eur J Cardiothorac Surg, 2016,49(5):1348-1353.

(本文编辑：鲍夏茜)

贾俊君, 李建辉, 周燕飞, 等. 器官移植机械灌注产品研究进展[J/CD]. 中华移植杂志: 电子版, 2016,10(2):88-91.

Cutting edge of machine perfusion systems

JiaJunjun1, 2,LiJianhui3,ZhouYanfei1, 2,CenKaili1, 2,ZhouLin1, 2, 4,ZhengShusen1, 2, 3, 4.

1KeyLaboratoryofCombinedMulti-organTransplantation,MinistryofPublicHealth;2KeyLaboratoryofOrganTransplantation,ZhejiangProvince;3DepartmentofHepatobiliaryandPancreaticSurgery,FirstAffiliatedHospital,SchoolofMedicine,ZhejiangUniversity;4CollaborativeInnovationCenterforDiagnosisTreatmentofInfectiousDiseases,Hangzhou310003,China

ZhengShusen,Email:shusenzheng@zju.edu.cn

Machine perfusion is an alternative treatment for organ preservation and transportation. Compared to static cold storage, machine perfusion improves preservation quality, resuscitates marginal organs, and even expands the donor pool. Currently, several research centers focus on the machine perfusion systems, some of which have applied in clinic. Here we address the machine perfusion systems and review these cutting edge.

Machine perfusion; Static cold storage; Organ transplantation; Marginal organ

10.3877/cma.j.issn.1674-3903.2016.02.009

国家自然科学基金创新群体(81421062)；国家自然科学基金重大研发计划(91542205)；传染病重大专项(2016ZX10002020)；青年863项目(2015AA020923)；国家自然科学基金面上项目(81470891)

310003 杭州，卫生部多器官联合移植重点实验室1，浙江省器官移植重点实验室2，浙江大学附属第一医院肝胆胰外科3，传染病诊治协同创新中心4

郑树森，Email： zyzss@zju.edu.cn

2016-02-15)