依靠“冷凍技術(shù)”，穿越千年，在未來蘇醒，這是科幻小說中常有的情節(jié)。雖然，目前實(shí)現(xiàn)冷凍和復(fù)活整個(gè)生物體還很遙遠(yuǎn)，但冷凍器官的科技進(jìn)展還是給人們帶來不少驚喜。
近期，發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上的一項(xiàng)研究顯示，美國明尼蘇達(dá)大學(xué)的科研人員已在大鼠身上實(shí)現(xiàn)腎臟的長期冷凍和復(fù)溫，并且這些經(jīng)冷凍的腎臟在移植后能夠恢復(fù)完整的腎功能。這是科學(xué)家首次證實(shí)哺乳動(dòng)物的器官經(jīng)冷凍和復(fù)溫后，可以被成功移植并維持生命。這給冷凍器官提出了新的技術(shù)解決方案。
器官離體保存時(shí)間短
器官移植，是人體器官衰竭后的最后一根“救命稻草”。全世界每年進(jìn)行的幾十萬例器官移植手術(shù)，讓幾十萬條生命得到了延續(xù)。在中國，每年有30萬人在生死邊緣排隊(duì)等候器官移植，其中卻只有1萬余人能通過器官移植獲得新生。
目前，我國已經(jīng)可以開展人體肝臟、腎臟、心臟、肺臟、胰腺、小腸等6種人體器官移植的手術(shù)；其中，腎移植、肝移植的手術(shù)技術(shù)都已經(jīng)十分成熟。但器官移植手術(shù)并沒有廣泛普及，主要原因之一就是供體器官“保鮮期”太短。
“器官離體保存是器官移植手術(shù)中的必要步驟，而器官冷凍和復(fù)溫是延長器官離體保存時(shí)間的關(guān)鍵技術(shù)，這方面的突破可能重塑目前的器官移植臨床體系。”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)研究院課題組長粘燁琦博士認(rèn)為。
目前，傳統(tǒng)的器官離體保存技術(shù)主要為低溫靜態(tài)冷保存，這種保存技術(shù)的“保鮮期”確實(shí)有點(diǎn)短。例如，心臟能夠保存4小時(shí)，肝臟能夠保存12小時(shí)，腎臟能夠保存24小時(shí)左右；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(huì)更短。
“因此，目前的器官移植手術(shù)一般都是急診手術(shù)，在空間和時(shí)間上較大地限制了醫(yī)生對(duì)患者的救治。”粘燁琦舉例，為了能讓患者盡快手術(shù)，在尋找配型成功的患者時(shí)就有對(duì)地域的考量，避免因路程耗時(shí)導(dǎo)致器官離體保存時(shí)間延長、錯(cuò)過最佳手術(shù)時(shí)機(jī)，甚至失去手術(shù)機(jī)會(huì)等情況的發(fā)生。同時(shí)留給醫(yī)生的術(shù)前準(zhǔn)備和檢查的時(shí)間縮短了，只能完成基礎(chǔ)的檢查與準(zhǔn)備，可能存在術(shù)前評(píng)估不充分、術(shù)前處理不到位的風(fēng)險(xiǎn)。
為此，科研人員也一直在探索讓離體器官由“短期保鮮”到“長期保存”的新技術(shù)。“離體器官‘長期保存’的技術(shù)通俗地講，主要由‘凍’和‘化’兩個(gè)環(huán)節(jié)組成。”粘燁琦解釋，目前器官冷凍及復(fù)溫主要包括器官冷凍劑制備、器官冷凍劑灌注、器官降溫、器官持續(xù)冷凍保存、器官復(fù)溫、器官灌洗等步驟。其中冷凍技術(shù)中最常用的方法被稱為“玻璃化”，即使用高濃度冷凍保護(hù)劑和較快冷凍速度，防止器官的細(xì)胞在超低溫環(huán)境下形成冰晶，從而避免冰晶損傷細(xì)胞最終導(dǎo)致器官受損。在復(fù)溫的過程中，還需要掌握好速率，讓器官均勻升溫。
近期，低溫機(jī)械灌注、常溫機(jī)械灌注等技術(shù)的發(fā)展在一定程度上延長了器官的離體保存時(shí)間，為患者和醫(yī)師贏得了更多的時(shí)間。但目前的技術(shù)一般也僅局限于將器官離體保存時(shí)間延長數(shù)小時(shí)到數(shù)周（數(shù)周僅限于臨床前試驗(yàn)），因此器官離體保存仍處在“短期保鮮”的范圍內(nèi)。
器官凍存難度遠(yuǎn)高于細(xì)胞
近些年，隨著基因和細(xì)胞技術(shù)及產(chǎn)品在醫(yī)學(xué)上的研究、應(yīng)用的快速發(fā)展，人們會(huì)經(jīng)常接觸到和凍存干細(xì)胞、卵子、精子以及胚胎等相關(guān)的信息。很多人不禁會(huì)問，細(xì)胞凍存這么多年后在需要的時(shí)候還能使用，而離體器官也是由細(xì)胞組成的，為什么器官就不能用相同的技術(shù)進(jìn)行保存？
天津干細(xì)胞開發(fā)應(yīng)用協(xié)會(huì)副會(huì)長李相國介紹，目前干細(xì)胞凍存技術(shù)是將細(xì)胞儲(chǔ)存在深低溫環(huán)境中減少細(xì)胞代謝，使細(xì)胞處于休眠狀態(tài)，是實(shí)現(xiàn)長期儲(chǔ)存的一種技術(shù)。具體方法是采用梯度降溫法，將準(zhǔn)備好的細(xì)胞經(jīng)程控降溫后轉(zhuǎn)移至-196℃的液氮罐中長期保存。
“這種技術(shù)可以用于保存胚胎細(xì)胞等各種類型的細(xì)胞。”李相國表示，從理論上來講，細(xì)胞凍存可實(shí)現(xiàn)永久儲(chǔ)存。醫(yī)生和患者可以隨時(shí)獲取凍存細(xì)胞進(jìn)行治療、研究或再生醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用。
然而，干細(xì)胞、胚胎等屬于細(xì)胞冷凍及復(fù)溫的范疇，如果把冷凍細(xì)胞的技術(shù)用于冷凍器官，這顯然不是一個(gè)簡單的量變過程，應(yīng)用在整個(gè)器官大小的組織上時(shí)會(huì)面臨更多的難題。
“首先，冷凍保護(hù)劑無法均勻地滲入到較大的組織中，當(dāng)器官較大時(shí)，其中心部位凝固所需的時(shí)間也會(huì)延長，這將導(dǎo)致冰晶的形成。”粘燁琦還介紹，用于細(xì)胞冷凍的冷凍劑沒有細(xì)胞毒性即可，而冷凍器官的冷凍劑還需要具體考慮其對(duì)器官的毒性。更為棘手的是，每個(gè)器官都是由多種細(xì)胞組成，每種細(xì)胞的特性以及功能都不相同，同樣的冷凍劑可能對(duì)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(huì)影響器官的使用功能。
其次，單個(gè)細(xì)胞或者是大約只有100個(gè)細(xì)胞的微小胚胎的冷凍狀態(tài)更容易評(píng)價(jià)，復(fù)溫過程中的細(xì)胞損傷也更容易評(píng)價(jià)。而器官作為一個(gè)具有組織結(jié)構(gòu)的整體，需要在復(fù)溫過程中均勻受熱，受熱不均可導(dǎo)致器官不同組織結(jié)構(gòu)間出現(xiàn)膨脹或收縮的作用力，使器官造成物理損傷。
“目前‘玻璃化’只是部分地解決了器官‘凍’的難題，但是像冷凍過程中冰晶形成，冷凍和復(fù)溫過程中溫度的控制，復(fù)溫過程中需要組織器官整體均勻解凍以及缺血再灌注損傷等難題依然存在。”粘燁琦認(rèn)為。
或?qū)⒅厮芘R床器官移植體系
此次發(fā)表在《自然·通訊》的研究解決了較大器官的復(fù)溫難題，研究者們開發(fā)了一種“納米復(fù)溫”技術(shù)：冷凍過程中，在使用保護(hù)劑灌注器官時(shí)，在其中加入氧化鐵納米顆粒，復(fù)溫時(shí)則將凍存器官放在射頻線圈中，電流會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)磁場，通過器官中的鐵粒子產(chǎn)熱；保護(hù)劑通過毛細(xì)血管均勻灌注到器官內(nèi)，由于射頻電場會(huì)無衰減穿透組織，所以保證升溫速率的同時(shí)加熱也很均勻。
“此次明尼蘇達(dá)大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)的‘納米復(fù)溫’技術(shù)還包括用乙二醇取代原保護(hù)劑中的丙二醇研發(fā)了新型冷凍劑VMP，降低了冷凍劑的毒性。”粘燁琦介紹，該研究顯示，保存100天的大鼠腎臟在解凍后依舊能保持活力，接受腎臟移植的大鼠順利活過30天的研究期。
由于器官“玻璃化”技術(shù)后緊跟的復(fù)溫問題一直難以解決，一些科學(xué)家也開始另辟蹊徑，繞過這些難點(diǎn)進(jìn)行新的探索。
哈佛大學(xué)泰勒教授團(tuán)隊(duì)根據(jù)自然界中北極林蛙的冷凍、復(fù)溫原理，設(shè)計(jì)了一種合成糖來保護(hù)肝臟，在-4℃的條件下將人類肝臟保存了27小時(shí)；此外，團(tuán)隊(duì)通過將合成糖與生物冰核Snomax結(jié)合，可以在-15℃下將組織儲(chǔ)存5天，并且解凍后組織損傷較對(duì)照組而言更輕。
此外，還有的科學(xué)家在“凍”的環(huán)節(jié)下功夫。比如加州大學(xué)伯克利分校團(tuán)隊(duì)在不造成損傷的情況下，在較高的壓力下冷凍器官，從而限制冰晶的形成。利用這一策略，研究團(tuán)隊(duì)將一枚豬心臟在-4℃下保存了21小時(shí)，隨后把它移植至一只健康的豬體內(nèi)，這枚心臟在移植后順利跳動(dòng)。并且這一策略無需使用大量冷凍保護(hù)劑，減少了對(duì)器官的毒副作用。
談及器官和冷凍復(fù)溫技術(shù)的發(fā)展對(duì)未來醫(yī)療的影響，粘燁琦表示，這將重塑目前的臨床器官移植體系。“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(huì)。目前利用率較低的器官，如心臟、肺、胰腺等可以得到更好地保存與運(yùn)輸。”粘燁琦充滿期待地說。
