冷凍器官?zèng)]那么簡(jiǎn)單

俞之凡

想象一下，如果醫(yī)生可以在冰柜中任意挑選腎臟、肝臟和心臟來(lái)進(jìn)行拯救生命的行動(dòng)，這將會(huì)是一種什么樣的情景？但要實(shí)現(xiàn)這一美好愿景，又該克服多少困難和障礙呢？

事實(shí)上，假如你需要一個(gè)新的腎臟、心臟或其他重要的器官，你不會(huì)有很多的選擇機(jī)會(huì)，這是因?yàn)橐浦财鞴俚墓┬柚g存在著巨大的鴻溝。

以2013年的美國(guó)為例，這年共實(shí)施器官移植手術(shù)26517例，但還有12萬(wàn)以上的患者在苦苦等候，原因其實(shí)很簡(jiǎn)單：沒(méi)有足夠的捐贈(zèng)器官。更糟糕的是，取自捐贈(zèng)者體內(nèi)的器官無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間保存，目前最好的辦法是，在略高于零攝氏度的條件下將捐獻(xiàn)者的器官置于某種特殊溶液中，如此可以保存一至兩天，但很可能因在這段時(shí)間里找不到與捐贈(zèng)器官相匹配的患者而白白浪費(fèi)掉。

如果科學(xué)家能找到深度冷凍而不損傷器官的辦法，就有可能將器官的保存期限延長(zhǎng)到數(shù)周甚至數(shù)月。為此，美國(guó)奇點(diǎn)大學(xué)孵化實(shí)驗(yàn)室建立的慈善機(jī)構(gòu)“器官保存聯(lián)盟”，提供了數(shù)百萬(wàn)美元的獎(jiǎng)金以激勵(lì)人們從事這方面的研究。如果研究能夠取得突破，未來(lái)做移植手術(shù)的外科醫(yī)生，也許就可以方便地在冰柜中挑選合適的器官了。

冷凍保護(hù)劑作用有限

目前科學(xué)家已可成功冷凍保存少量人類細(xì)胞，比如將卵子或晶胚（人尚未成形時(shí)在子宮的生命形式）浸在一種冷凍保護(hù)劑（低溫保護(hù)劑）中，以防止冰晶形成、細(xì)胞撕裂以及致命的萎縮。遺憾的是，科學(xué)家在用更復(fù)雜的組織和器官進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)它們更容易形成冰晶，造成損傷。

一部分研究人員并未因此放棄，自然界的一些線索給了他們鼓舞和啟發(fā)。例如，他們發(fā)現(xiàn)，南極有一種銀魚(yú)，也叫冰魚(yú)，可在零下2攝氏度的寒冷水域中生存，它們體內(nèi)的抗凍蛋白（AFPs ）可降低體液的冰點(diǎn)，并與冰晶結(jié)合阻止其在體內(nèi)蔓延。研究人員將老鼠心臟浸在含有銀魚(yú)抗凍蛋白的溶液中時(shí)，在零下幾度的溫度下老鼠活體可保存24小時(shí)。但在更低的溫度下會(huì)產(chǎn)生相反的效果，導(dǎo)致剛嶄露頭角的冰晶形成鋒利的尖刺，刺破細(xì)胞膜。研究人員在阿拉斯加的一種甲蟲(chóng)體內(nèi)還發(fā)現(xiàn)了另一種能承受零下60攝氏度低溫的防凍化合物，這可能具有更大的實(shí)用價(jià)值。

但光靠防凍劑成分本身還不行，因?yàn)楸鶅鲞€會(huì)通過(guò)影響體液的流動(dòng)破壞細(xì)胞。冰在細(xì)胞之間的空隙內(nèi)形成后，體液體積會(huì)減少，溶解鹽和其他離子的濃度則會(huì)提高，細(xì)胞中的水分會(huì)被迫流出，最后導(dǎo)致細(xì)胞皺縮，死亡。

用于卵子和胚胎的冷凍保護(hù)劑——甘油等化合物可以取代水，預(yù)防在細(xì)胞內(nèi)形成冰晶，還有助于防止細(xì)胞皺縮和死亡。但缺點(diǎn)也顯而易見(jiàn)，這些化合物對(duì)于其他一些機(jī)體組織和器官起不到同樣的作用。冰晶更容易滲進(jìn)這些機(jī)體組織的細(xì)胞組織內(nèi)，即使細(xì)胞能保存下來(lái)，細(xì)胞之間空隙形成的冰晶也會(huì)破壞維持器官功能的細(xì)胞外結(jié)構(gòu)。

?；夹g(shù)前景可觀

解決冰晶危害的方法之一是及早阻止其發(fā)生。科學(xué)家開(kāi)發(fā)的一種“?；奔夹g(shù)，可將冷凍組織變成無(wú)冰的玻璃狀物質(zhì)。這一方法已被一些生育診所采用，在復(fù)雜組織的冷凍保存中?；夹g(shù)也取得了一些令人鼓舞的成果。

例如，2000年，美國(guó)南卡羅來(lái)納州查爾斯頓細(xì)胞和組織研究機(jī)構(gòu)的邁克·泰勒和他的同事?；囊欢?厘米長(zhǎng)的兔子靜脈血管，在加溫后恢復(fù)了大部分功能。兩年后，美國(guó)加利福尼亞州一家低溫保存研究公司“21世紀(jì)醫(yī)學(xué)”的格雷格·費(fèi)伊和他的同事也取得了重大的突破，他們?；耐米幽I臟在保持零下122攝氏度10分鐘之后，解凍移植到一只兔子身上，這只兔子存活了48天后被解剖研究。

“這是重要器官冷凍保存后移植存活的首次嘗試，”費(fèi)伊說(shuō)，“證明了器官冷凍保存是可行的?！钡@個(gè)經(jīng)過(guò)冷凍保存的腎臟，功能顯然不如健康的腎臟，主要原因是器官內(nèi)的髓質(zhì)吸收冷凍保護(hù)劑的速度太慢，這意味著在解凍過(guò)程中還會(huì)形成一些冰。之后，費(fèi)伊團(tuán)隊(duì)的研究取得了更進(jìn)一步的成果，在2013年低溫生物學(xué)學(xué)會(huì)的年會(huì)上，費(fèi)伊介紹了讓髓質(zhì)加速吸收冷凍保護(hù)劑的辦法。

盡管費(fèi)伊對(duì)器官冷凍保存的前景表示樂(lè)觀，但較大型器官的?；匀淮嬖谠S多足以令人望而止步的挑戰(zhàn)。

首先，需要高濃度的冷凍保護(hù)劑，其濃度至少是常規(guī)冷凍劑的5倍。但如此高濃度的冷凍保護(hù)劑，對(duì)它們本應(yīng)保護(hù)的細(xì)胞和組織反倒會(huì)有毒害作用。冷凍保存較大組織和器官的狀況更糟，因?yàn)樾枰虞d化合物的時(shí)間更長(zhǎng)，冷卻時(shí)間更慢，與毒素接觸的機(jī)會(huì)也更多。此外，如果冷卻過(guò)快，或溫度過(guò)低，它們還有可能會(huì)出現(xiàn)裂隙和裂痕。

其次，解凍是一個(gè)微妙的過(guò)程，會(huì)帶來(lái)更多的障礙。如果?；瘶颖静荒苎杆偕郎?、均勻升溫，?；瘯?huì)很快變成晶體化，則器官在 “脫玻作用”的過(guò)程中又會(huì)發(fā)生開(kāi)裂?！斑@是一個(gè)我們目前還無(wú)法應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn)，受到無(wú)法快速勻質(zhì)解凍的制約?！泵髂崽K達(dá)大學(xué)的低溫生物學(xué)家約翰·比斯科夫說(shuō)道。

尋找控制凍融的途徑

發(fā)展器官冷凍技術(shù)需要依賴反復(fù)試驗(yàn)。在對(duì)溶液和冷凍解凍的組合方式進(jìn)行測(cè)試中，可利用新技術(shù)觀察冰在細(xì)胞和組織內(nèi)的行為。如果能夠詳細(xì)了解這一過(guò)程，就有望設(shè)計(jì)出更有效的方法來(lái)控制它們。

例如，賓夕法尼亞州維拉諾瓦大學(xué)的延斯·卡爾森，利用一種可獲得較大組織高分辨率全色熱成像的新設(shè)備，錄下了冰穿透緊密相連兩個(gè)細(xì)胞之間的小囊，然后促使形成結(jié)晶的一段超慢動(dòng)作顯微視頻。通過(guò)這個(gè)視頻，研究人員可以更好地觀察了解冷凍過(guò)程。

研究人員試圖找出控制凍融過(guò)程的方法，而不是依靠?；饔脕?lái)冷凍保存器官。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬冷凍過(guò)程，可進(jìn)行數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的有效測(cè)試?！拔覀冃枰@些先進(jìn)工具來(lái)加速進(jìn)展?！笨柹f(shuō)道。

目前無(wú)冰低溫技術(shù)可用于保存一些較小的組織，如一段血管。“人類器官的冷凍保存是我們要面對(duì)的下一個(gè)挑戰(zhàn)?！碧├照f(shuō)道。但他有一個(gè)清醒的認(rèn)識(shí)：“沒(méi)有任何一種低溫保存技術(shù)可為細(xì)胞提供100%的生存率。對(duì)于某個(gè)器官來(lái)說(shuō)，在冷凍保存和移植后，還要面對(duì)大量的損傷修復(fù)工作。”這意味著，無(wú)論冷凍樣本保存得多好，都無(wú)法與即時(shí)獲得的器官相提并論。

冷凍技術(shù)前景再可觀，與冷凍食品一樣，終究還是新鮮的好。不過(guò)冷凍食品的確給我們帶來(lái)了種種便利。未來(lái)的科技力量，或許也能讓冷凍器官不再是難題，為我們進(jìn)行各種器官移植提供便利。