科学家近日宣布，已成功复活经过深度冷冻处理的猪肾脏。这些器官在-150摄氏度下保存了数月甚至超过一年，随后被重新加热并移植回猪体内恢复功能。研究人员希望将这一技术应用于人体器官的长期保存与移植。
在该研究中，部分大小接近人体的猪肾脏以玻璃化状态保存了一年多。解冻后，它们在机器灌注系统中接受测试，并被移植到活体猪体内进行功能评估。明尼苏达大学移植外科医生 Erik Finger 表示：“十年前，我不会对这项技术的可行性抱有很高期望。但在完成最后一次移植手术后，我意识到这是一个重大突破。”该研究成果已发布在预印本服务器 bioRxiv 上。
尽管研究团队尚未证明这些器官能长期维持生命，但领域内的其他专家仍视此为里程碑式的成就。“谢天谢地，终于有人在一个完整器官上成功实现了这一点，并证明了其有效性，”一位未具名的同行评论道，“多年来人们一直尝试却未能达到这一步，现在我们终于取得了突破。”哈佛医学院生物医学工程师及外科教授 Korkut Uygun 评价称：“这项工作令人惊叹，它将使我们能够无限期储存器官。现在是移植革命的时代。”
为匹配争取时间
仅在美国，每年就有成千上万例器官移植手术。过去25年间，这类手术被认为挽救了相当于200万年的生命总和，但该领域仍有巨大改进空间。主要挑战包括可用器官短缺，以及器官从获取到植入通常仅有24至36小时的窗口期。此外，受体需终身服用免疫抑制剂以防止排斥反应，这增加了感染和癌症的风险。
实现器官的长期储存有望解决上述问题。医生将有更多时间匹配供体与受体，并通过预先调节受体免疫系统来降低排斥风险。Finger指出，这将改变现状，从“患者等待器官”转变为“器官等待患者”。
科学家利用一种称为玻璃化（vitrification）的技术，将细胞冷却至极低温度。该方法常用于储存卵子、精子和胚胎，但应用于整体器官难度极大。虽然冷保护剂可以防止有害冰晶形成，但这些化学物质往往具有毒性。此外，大型组织的均匀快速冷却和再热也是技术难点。
通过与明尼苏达大学生物工程师 John Bischof 合作，研究团队在加载冷保护剂后，向器官注入氧化铁纳米粒子。这些粒子对细胞无害，但在需要复温时可通过电磁场激活。当射频场切换状态时，粒子翻转并在整个器官中释放热量。通过调整电场功率，团队能够在器官达到-120°C后控制加热速度。
早在2023年，该团队就利用此方法成功玻璃化了老鼠肾脏，并在冷冻100天后将其复温并移植给大鼠。此后，团队致力于在更大的器官上复制这一成果。猪肾脏因大小、外观与人类肾脏相似，被视为理想的模型器官。鼠肾重约1克，而猪肾重约100克，体积差异带来了新的技术挑战。
用于老鼠肾脏的玻璃化冷保护剂配方在猪器官上效果不佳。“我们不得不重新发现并修改‘鸡尾酒’配方，”Bischof解释道，“这就是为什么我们花了三年时间。”
深度冷冻流程
程序始于从捐赠猪体内取出肾脏。取出后，肾脏使用标准器官保存溶液冲洗以去除血液。随后，团队成员将肾脏连接至专门设计的装置，并缓慢加载冷保护剂混合物，确保其在器官内均匀渗透，耗时约两小时。
接着，将氧化铁纳米颗粒注入器官，然后开始冷却过程，将液氮蒸气引入容器。这是一个微妙且高风险的过程，团队必须确保器官全程保持低温，同时尽快降低温度以防冰晶形成。据描述，往往有多名人员同时操作不同环节以确保无误。
当器官在约-120°C达到玻璃化状态时，它变得像玻璃一样坚硬。Finger表示：“此时，它可以长时间保持稳定，我们认为甚至是无限期的。否则，它可能会破裂。”经过停顿确认稳定后，肾脏最终被冷却至-150°C。放入冰箱后，它们可保存数天、数周甚至数月。团队已有少数样本保存超过一年。
复温后的功能验证
真正的考验在于从冰箱取出并复温后，器官能否恢复生命活动。迄今为止，团队通过多种方式进行了测试。在一组实验中，复温后的肾脏被放置在标准的器官灌注装置上；在另一组实验中，Finger及其同事将复温后的肾脏移植到猪体内，并监测两小时。
在这两次实验中，复温后的肾脏似乎恢复了活力。Finger描述道：“它们很粉红。”视频资料显示，团队观察到血液流入复温后的移植肾脏，使其呈现粉红色。
衡量肾功能的关键指标之一是尿液生成能力。虽然尿量约为正常预期的三分之二，但复温后的肾脏在一分钟内即开始产生尿液。“我们知道它们有效，”Finger说。
大多数复温的肾脏仅储存了几天或几周，但其中一个样本在冰箱中存放了一年多。当团队将其复温并置于灌注机上时，发现它能“立即”产生尿液。“现在我们可以放心地说，我们可以存储它们一年，然后用优良的功能重新加热它们，”Finger表示。
美国德克萨斯州器官采购组织 LifeGift 的总裁兼首席执行官 Kevin Myer 认为：“一年的时间非常重要。能够如此长时间存储器官将改变器官移植行业。”他设想未来可能建立器官银行，以便在紧急情况下按需取用，无需让患者漫长等待。
尚存障碍与未来展望
然而，该技术尚未完全成熟。复温后的肾脏不仅尿量低于预期，还显示出受损迹象。研究人员指出，这种损伤似乎由冷保护剂化学物质引起。“这是一个大突破，解决了半个问题，”基尔布莱德（Kilbride）评论道。
生物技术公司 Intervene Immune 和 21st Century Medicine 的首席科学官 Greg Fahy 表示，虽然团队证明了复温后的肾脏可以恢复血流，但他担心器官的损伤程度。“我们无法从这些实验中判断这些肾脏是否支持生命，”Fahy说。他希望找到修复肾脏损伤的方法。其他研究表明，灌注期间器官健康状况可能改善，且受损肾脏进入人体后可能自我修复。人类肾脏处理此过程的能力可能优于猪肾脏。
下一步计划是对猪进行长期的肾脏功能测试。团队将与领域内其他研究者合作，寻找毒性更低的冷保护剂，并计划对人类肾脏进行实验。据报道，美国科学家正在推进相关工作。
Finger对此持乐观态度：“现在我们已经到达了有效的地步。我们将继续努力。这是我们领域的重大历史里程碑，我们对此感到兴奋。”
