用超低溫技術儲存移植器官 這方案到底行得通嗎?

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對於患有終末期器官衰竭的患者來說,器官移植已經是最後一項選擇了。

然後,即使選擇移植器官,也會面臨免疫系統的長期排異的問題,即使在準備移植的過程中,器官如何儲存,手術本身會對器官造成哪些不可逆的損傷或破壞,也是需要深入考慮的。

免疫系統發生排異反應主要是因為提供器官的人和接受器官移植的人的血清型不同,接受移植者的免疫系統無法正常識別移植器官,而是當做體外入侵物進行攻擊。因此,病人需要終身服用免疫抑製劑才能減輕排異反應,但這會削弱病人的免疫力,是一把需要謹慎使用的雙刃劍。

現在也有一些更安全的治療方法:在器官移植前,先對患者進行骨髓移植手術,在患者新的免疫系統建立之後,再進行器官移植手術。由於移植的骨髓和器官都來自同一供者,新生的免疫系統能夠識別移植器官,從而避免排異反應的發生。

在現代醫學能夠比較好地克服排斥反應的前提下,器官移植面臨的另一個難題是移植器官的儲存問題。

死亡供者器官有兩個來源,心死亡供者(DCD, donor after cardiac death)和腦死亡供者(DBD, donor after braindeath)。一般來說,DBD供者的心臟一直在保持搏動,而DCD供者的器官受心臟停止時間的影響有一定程度的熱缺血損傷(Warm Ischemia),因此DBD供者更適合器官移植。

移植器官要在無血液供應的情況下儲存一段時間,如果不作處理,短則幾分鐘長則一個小時就可能會出現器官衰亡的現象。而器官儲存(organ preservation)就是為了儘可能延長在體外無血液供應下的存活時間,保持活性,直到移植到受者體內。

從20世紀60年代開始,臨床醫學發明瞭模擬細胞內液環境的儲存液,讓離體器官的儲存時間大大延長,滿足了手術和長距離器官運輸的時間要求。體外膜肺氧合(ECOM, extracorporealmembrane oxygenation)是目前腎移植患者存活率相當高的一種做法。ECMO裝置在患者心死亡後繼續為器官提供含氧血液,並在獲取器官之前為器官提供灌注。

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儲存液和ECOM系統雖然解決了移植器官較長時間的儲存問題,但器官移植的另一個社會問題依然存在,即可供移植的器官數量和等待器官移植的患者數量之間的巨大差距。據報道,中國每年有約100萬終末期腎病患者,約30萬終末期肝病患者,而每年的器官移植手術僅約1萬人次。在美國,每年60%捐贈的心肺器官因為無法長期儲存而遭到廢棄。

要解決這一矛盾,除了建立器官資訊共享系統,減少因地域、情報因素造成已有可移植器官的浪費,尋求能更長時間儲存器官的方法也至關重要。

“超低溫儲存技術”(cryopreservation)似乎是個不錯的選擇。早在20世紀50年代,超低溫儲存技術就已用於儲存鳥類精子。同期,人類精子也由這項技術儲存起來。隨著冷凍保護劑的發展,超低溫儲存技術在儲存細胞、體液方面取得了較大進步。但當它應用於器官移植時,還有很多難題需要克服。

雖然科學家已經能夠將器官冷卻到儲存所需的溫度,但在加熱冷凍器官的過程中,冰晶的形成會嚴重破壞組織細胞,造成器官損壞。在樣本較小時,冷凍保護劑能很好的發揮作用。但對複雜的立體人體器官來說,這種破壞十分常見。

直到明尼蘇達大學發表在《科學轉化醫學》上的一項研究在超低溫儲存技術做出了關鍵性突破。

研究人員成功地將用超低溫儲存的人類和豬心瓣膜和血管加熱恢復,同時沒有對樣品產生任何損傷。

正如明尼蘇達大學機械和生物醫學工程師John Bischof教授所說:“這次迄今為止,人類首次成功實現以每分鐘升溫幾百攝氏度的速率快速加熱喚醒超低溫儲存的較大生物組織,且沒有造成損傷。”

研究人員使用的是納米顆粒磁場加熱技術。他們將矽裹氧化鐵納米顆粒均勻分散到儲存有器官的防凍劑溶液中,在加熱過程中,這些納米顆粒在外加磁場的作用下扮演者微型加熱器的角色。研究人員能夠以每分鐘100-200℃的升溫速率均勻地加熱儲存組織,遠遠快過現有的加熱方法。這些納米顆粒在加熱完成後能被成功沖洗掉。

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將能夠均勻分佈在防凍劑中的納米顆粒轉化為小型加熱器是個巧妙的做法,既保證了加熱的均勻性,同時大大提高了加熱速度。下一步,我們期待研究人員能夠在此基礎上克服生物器官的複雜性,在大型生物器官身上成功實現相同的加熱效果。

不難設想,超低溫器官儲存如果能夠順利實現,捐贈器官就可以儲存更長時間。即使不能及時移植,器官也可以儲存在器官銀行中,在患者需要的時候進行加熱喚醒。這不僅能夠挽救終末期器官衰竭的患者的生命,還能極大緩解器官移植供需矛盾。


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