据《麻省理工科技评论》报道,科学家首次成功将冷却至零下150摄氏度、在冷冻设备中保存数月的猪肾复温,并在移植回猪体内后显示其重新工作。研究人员称,其中一颗肾脏在玻璃态下保存超过一年。这项研究发布在预印本服务器bioRxiv上,尚未经过同行评议。团队希望未来能在人类器官上复制这一结果。
猪肾大小与人类肾脏相近。复温后,这些肾脏先经过机器测试,随后被移植到猪体内。移植后,肾脏恢复颜色并产生尿液,这是其恢复功能的关键迹象。研究由明尼苏达大学移植外科医生埃里克·芬格等人共同领导。芬格说,十年前他不敢说对该技术真正成功抱有很大希望;但在完成最后一例移植后,他走出房间说“这是件大事”。
未参与研究的冷冻生物学家彼得·基尔布赖德表示,多年来人们一直尝试并失败,现在终于在一个器官上证明可行,这是突破。哈佛医学院生物医学工程师、外科教授科尔库特·乌伊贡也评价说,这项工作令人惊叹,将使人类能够真正无限期地储存器官,是移植领域的革命性时刻。
该研究面对的现实是器官供应短缺和保存时间有限。仅在美国,每年就有数万例器官移植,过去25年这些手术被认为挽救了200万年的生命。但人类器官目前保存时限为24至36小时,器官可利用后很难在此时间内送达合适受者。接受移植者还需终身服用免疫抑制药物,以防止排异,但这些药物有副作用,并增加感染和癌症风险。若能长期储存器官,医生将有更多时间匹配受者,还可能通过提前准备受者及其免疫系统来降低排异风险。芬格说,有了真正的器官储存,不再是患者等待器官,而是器官等待患者。
实现这一目标的关键是玻璃化,即将细胞冷却到超低温,使其像玻璃一样。该技术已用于储存卵子、精子和胚胎,但整个器官的玻璃化要难得多。冷冻保护剂可像防冻液一样防止形成破坏性冰晶,却往往毒性极强;大型组织快速均匀冷却和复温也很困难。芬格与明尼苏达大学生物工程师约翰·比肖夫等提出,在器官加载冷冻保护剂后注入氧化铁纳米颗粒。这些颗粒不影响细胞,但在复温时可通过电磁场激活。当电磁场射频在两种状态间切换时,颗粒翻转并重新排列,从而在整个器官释放热量。调整电磁场功率可控制加热速率,使器官达到零下120摄氏度后加热加快。
研究人员2023年已用该方法成功玻璃化大鼠肾脏,将冷冻最多100天的肾脏复温并移植到大鼠体内。此后他们尝试在更大器官上取得同样成功。大鼠肾脏约重1克,猪肾约重100克。比肖夫说,用于大鼠肾脏的冷冻保护剂在猪器官上效果不佳,他们不得不重新发现和修改配方,这也是耗时三年的原因。研究团队承认,这些猪肾并不完美,也尚未证明它们能长期维持生命。