器官长期无损冷冻新方法

■本刊综合

器官移植是目前临床治疗不可逆器官终末期衰竭性疾病的唯一手段。近年来，我国累计器官捐献志愿者数量正不断增加，中国人体器官捐献管理中心最新数据显示，目前已有626 万人进行了器官捐献登记。然而，虽然器官捐献数量在不断增加，真正能使用到这些器官的患者却少之又少。据统计，超过60%的捐赠心脏和肺未能及时到达接受者手中。世界卫生组织估计，只有不到10%需要器官移植的人真正得到了移植，造成这种浪费的主要原因，便是离体器官的“保鲜时间”过于短暂。

转瞬即逝的生机

目前大多数器官在摘取后采用装满冰的冷却器里“静态冷藏”。医生首先用“保存液”冲洗组织，以保护器官免受严寒造成的损伤。这些溶液还含有营养盐和抗氧化剂来维持细胞存活和抑制炎症。在0℃～4℃下，细胞的新陈代谢率降至正常速度的5%左右，因此组织消耗能量的速度要慢得多，维持活动所需的氧气也更少。给器官降温有助于延缓缺血的发生，从而防止器官出现受损或功能失调。

保温容器或冷藏箱中静态存放供体器官保质期通常都很短，人类心脏或肺与捐赠者分离后，医生需在4～6 小时内将其连接到新患者的血液供应中，以免其受到不可挽回的损坏；肾脏最长可离体保存时间不能超过24 小时；肝脏离体后只能保存8～12 小时；像胰脏、小肠等消化器官，由于存在残留细菌、消化酶、组织驻留性淋巴细胞等特点，保存起来难度更大，保存时间会更短……

过短的保存时间给医疗系统和患者带来了巨大负担。可以说目前的器官移植手术一般都是争分夺秒的急诊手术，在空间和时间上较大地限制了医生对患者的救治。有时即便配型成功的患者也有可能因活体器官转运时间过长而错过最佳手术时机，甚至失去手术机会。

冷冻技术的障碍

早在1949 年，研究者们就开始使用甘油等冷冻保护剂（CPA）保存各种活的生物系统，包括细胞、组织、器官甚至是整个生物体，但无论是冷冻还是化冻过程都会对器官造成一定损伤。在器官冷冻过程中，水分会从无定型状态转为锋利的冰晶，刺穿细胞；此外，细胞内的盐分又会在解冻部位高度浓缩，导致生物毒性。而在解冻的过程中，如果不能使器官均匀地受热，不均匀的膨胀和收缩同样会使器官开裂崩坏。因此，长久以来“冷冻”和“解冻”一直是器官冷冻保存的两大难点。

针对冷冻问题，有科学家提出了玻璃化的方法，即通过使用冷冻保护剂和液氮快速降温的方法将器官快速冷却到稳定、无冰晶的玻璃化状态。不过，这种方法对于微小胚胎来说是可行的，但要应用在整个器官大小的组织上时则面临着更多难点。首先是冷冻保护剂无法均匀地渗入较大的组织中，其次是当器官较大时，其中心部位凝固所需的时间会延长，这将导致冰晶的形成。另外，大量的冷冻保护剂具有毒性，可能会对器官造成其他损伤。且同样的冷冻剂可能对不同类型的细胞产生的毒性也各不相同。无论哪种类型的细胞受到损伤，都会影响器官的使用功能。

科学家找到无损长期冻存器官新方法

近期，来自美国明尼苏达大学的研究团队取得了重大突破。他们相继解决了“冷冻”和“解冻”这两个器官低温保存中的难题，实现了大鼠肾脏的低温冷冻与解冻。该研究已发表于《自然·通讯》杂志。

首先，研究者对原先冷冻保护剂的成分进行了探索，发现用乙二醇取代原本保护剂中的丙二醇后，冷冻保护剂对肾脏的毒性较低。研究团队将这种冷冻保护剂注射至组织中后，在冷却时可以快速实现器官组织中水分子的玻璃化，而不会造成损伤。

其次，科学家们使用了一种“纳米复温”技术，在冷冻前向器官组织注射一种纳米级氧化铁颗粒，使之均匀分布在器官内，在解冻时，将冻存器官放在射频线圈中，处在交变磁场中的器官会使其中的纳米氧化铁颗粒得到均匀受热，从而在90 秒内实现对整个器官的复温解冻。

“纳米复温”后的大鼠肾脏

在大鼠实验中，科学家们对5 只离体大鼠肾脏使用了这两项新技术，并将其在-150℃的低温状态下进行保存，最长保存时间长达100 天。之后，他们将这5 只大鼠肾脏分别移植至5 只活体大鼠体内。结果，这5 只大鼠均在手术中存活，并且在移植后30 天内恢复了完整的肾脏功能。

该研究表明，在低温下储存一段时间的玻璃化器官可以通过纳米复温技术成功恢复，用于维持生命的全器官功能用于移植。研究人员表示，他们已计划未来6 个月内在与人类肾脏大小相仿的猪肾上开展类似的研究，如果一切顺利的话，这项技术将极大地延长器官“保质期”。

南开大学附属第一中心医院器官移植中心主治医师、南开大学移植医学研究院课题组组长粘烨琦博士认为：“这项技术发展成熟并应用于临床后，器官移植就不再只是急诊手术，将有更长的时间去完善术前准备。分配系统也能够有更多的时间进行器官分配，实现最佳的组织配型，同时边远地区的患者也能够得到更多的移植机会。目前利用率较低的器官，如心脏、肺、胰腺等可以得到更好的保存与运输。”

尽管人们对生物冷冻科学这个领域的认知和理解仍然是皮毛，但是随着科学研究的不断进步，也许在未来某一天，人类可以冷冻和复活整个生物体。