科學(xué)家開發(fā)納米加熱技術(shù) 將器官冷凍保存期延長至一百天

“論文的共同第一作者是一名醫(yī)生，他來幫我們給大鼠做腎臟移植手術(shù)。手術(shù)完成以后，當(dāng)他看到大鼠的尿液掉落時(shí)非常激動(dòng)，這說明腎能夠正常工作，移植手術(shù)成功了?！泵绹髂崽K達(dá)大學(xué)博士后韓宗祜表示。

對(duì)于生物體來說，器官病變或喪失功能，會(huì)引發(fā)一系列疾病甚至對(duì)生命本身造成威脅。器官移植，則是一種幫助生物體恢復(fù)功能、維持生命健康的重要手段。

就器官本身而言，離體后可以保存的時(shí)間很短。到目前為止，心臟的保存時(shí)間約為6～8個(gè)小時(shí)，肝臟的保存時(shí)間約為12～24個(gè)小時(shí)，腎臟的保存時(shí)間約為24～48個(gè)小時(shí)。

因此，從器官捐獻(xiàn)者捐出器官，到器官被真正地移植到器官接受者的身體中，這期間的時(shí)間是非常寶貴的，需要用來完成術(shù)前準(zhǔn)備、被移植者通知等一系列工作。在這有限的幾十個(gè)小時(shí)之內(nèi)，相關(guān)工作一旦不能夠充分準(zhǔn)備，便會(huì)造成器官浪費(fèi)。

團(tuán)隊(duì)合照：埃里克·B·芬格（左）、韓宗祜（中）和約翰·C·比肖夫（右）

傳統(tǒng)上，為了延長器官的保存時(shí)間，使器官接受者能夠不受時(shí)間和地點(diǎn)的限制，更為公平地獲得器官移植，相關(guān)領(lǐng)域的研究人員一般采用冷凍保存的方法。不過，由于生物體大部分是由水組成的，而水在結(jié)冰時(shí)發(fā)生的膨脹會(huì)導(dǎo)致刺破或殺死器官中的細(xì)胞，因此冷凍保存法常因結(jié)冰而失敗。

據(jù)了解，早在20世紀(jì)80年代中期，人們已經(jīng)開始使用玻璃化器官，作為冷凍保存法的一種替代方法。該方法將水置換成冷凍保護(hù)劑，可將器官快速冷卻到穩(wěn)定、無冰和玻璃狀的狀態(tài)，安全地度過低溫的過程，不會(huì)給細(xì)胞造成傷害。

復(fù)溫，則是該方法在之后幾十年間面臨的主要挑戰(zhàn)。玻璃化以后的器官，在使用時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行復(fù)溫。在這個(gè)過程中，如果復(fù)溫過慢，依舊會(huì)發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象，造成對(duì)細(xì)胞的破壞；如果復(fù)溫不均勻，器官則可能因熱應(yīng)力而破裂。

“快速復(fù)溫和均勻復(fù)溫，這兩者缺一不可。其中，為什么要均勻復(fù)溫？就比如我們用微波爐加熱食物，當(dāng)食物表面已經(jīng)熱起來時(shí)，里面還可能冰涼，這就是一個(gè)很典型的不均勻加熱。熱脹冷縮和受熱不均勻，就會(huì)導(dǎo)致器官被撕裂?！表n宗祜解釋說。

為了解決上述障礙，來自明尼蘇達(dá)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，提出了一種納米加熱的技術(shù)，利用交變磁場(chǎng)加熱器官血管內(nèi)的氧化鐵納米顆粒，以實(shí)現(xiàn)快速和均勻的加熱，然后再通過灌注洗掉納米顆粒。

納米加熱技術(shù)概述

詳細(xì)來說，在冷凍前，氧化鐵粒子和冷凍保護(hù)劑溶液一起被灌輸?shù)狡鞴俚难苤校偻ㄟ^快速降溫到零下150攝氏度讓器官實(shí)現(xiàn)玻璃化。該玻璃化器官理論上可以保存無限長時(shí)間而不發(fā)生任何變化（文中保存最長時(shí)間為100 天）。當(dāng)需要時(shí)，器官可以從冰箱中取出，再將其放置在射頻線圈中。而從線圈中流過的交變電流，會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，納米粒子在磁場(chǎng)中發(fā)生振蕩反應(yīng)，進(jìn)而在整個(gè)系統(tǒng)中產(chǎn)生熱量，并以這部分熱量來加熱器官。

腎臟的玻璃化和納米加熱

“通過這種技術(shù)，我們既可以用很快的速度加熱器官，又能達(dá)到均勻加熱，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)器官的解凍。解凍之后，我們?cè)侔逊纼鲆褐脫Q成水，器官便可以用來移植了?！表n宗祜表示。

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期刊封面

據(jù)韓宗祜介紹，器官移植后生物體能否存活，是驗(yàn)證納米加熱技術(shù)最終是否可行的判斷標(biāo)準(zhǔn)。該團(tuán)隊(duì)在大鼠模型上分別移植了五個(gè)腎臟器官，成功地證明了腎臟功能的恢復(fù)。值得一提的是，這五個(gè)腎臟器官的冷凍保存期都不相同，時(shí)間范圍在1～100天。

不過，該團(tuán)隊(duì)只觀察了大鼠在30天內(nèi)的健康存活狀態(tài)，因此下一步他們計(jì)劃開展更長時(shí)間的跟蹤研究。同時(shí)，需要指出的是，在進(jìn)行器官移植手術(shù)以后，冷凍凍存過的器官產(chǎn)生的肌酐清除率（注：判斷腎臟是否健康的指標(biāo)之一），雖然也處于可接受的范圍之內(nèi)，但相較新鮮器官來說還是比較高，因此接下來該團(tuán)隊(duì)也打算繼續(xù)對(duì)冷凍、復(fù)溫等步驟進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，以便更好地降低肌酐清除率。