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科学家们是如何使器官在体外“活”得更长的?

发布时间:2020-01-02 已有: 人阅读
器官移植是一场与时俱进的战争。据LiveScience网站报道,一组医生专业地从捐赠者身上取出器官,然后对收集到的器官进行处理,并将其送往受赠者的医院,这可能需要几个小时的飞行时间。一旦器官到达目的地,移植手术就开始了,外科医生必须迅速手术,以确保患者的安全和器官存活。
 
这个过程可能比听起来更紧张,甚至比电视剧的情节还要紧张。对于医生和病人来说,最大的问题是“一个可用于移植的器官能在体外存活多久?”目前,根据不同器官,时间窗在4-36小时之间。在科学家的不断努力下,我们希望器官能存活数周。
 
器官冷冻系统
 
据加拿大多伦多大学医学科学研究所所长、外科、医学和生理学教授刘明耀介绍,2018年,美国共进行器官移植365余例,其中以肾移植最多,累计2.1万余次,其次是肝、心和肾移植再行肺、胰、肠等器官移植。大部分器官被收集起来,放在一个装满冰块的冷容器里,就像食物被冷藏在冰箱里一样。
 
当然,这个过程比把食物放进冰箱要复杂得多。在放入冰箱之前,医生首先用“防腐剂”清洗组织,以保护器官免受极度寒冷的伤害。这是因为,在正常情况下,细胞会将化学物质泵入和泵出细胞膜,维持细胞内低钠高钾的状态。但在低温条件下,细胞的调节过程失败,细胞内的化学物质逐渐泄漏。在渗透压的作用下,细胞内的水分越来越多,造成严重的损伤。这种防腐溶液是按一定比例配制的钠钾溶液,可以延缓损伤。当然,杀菌剂还可以添加营养素和抗氧化剂来维持细胞功能和抑制炎症。
 
在这种冷藏条件下(0-4c),细胞的代谢速度下降到正常水平的5%,通过细胞的组织能量运转速度慢得多,耗氧量少,可延缓缺血发作。它不仅能延长细胞有限的能量储存,还能防止有害代谢产物的积累对器官和组织的损伤。
 
然而,冷藏保存器官的时间非常有限,其中心脏失去活力的速度最快。理想情况下,心脏不能存放在冷藏箱中超过4-6小时。4小时是一道“屏障”,当心脏细胞功能开始衰竭时,器官移植后发生衰竭的可能性急剧增加,这也被称为原发性移植物功能障碍,是固体器官移植最令人担忧的并发症之一。
 
与心脏相比,肾脏的耐受性最强。冷藏24-36小时,肺6-8小时,肝12小时。
 
冷灌装系统
 
2018年,耶鲁大学的一项研究提出了一种替代制冷的方法,即冷灌注系统。医生把收集的器官连接到机器上,就像心脏在体内工作一样,将富含氧气和营养的液体注入器官,以去除有毒的代谢物。
 
在临床实践中,供体心脏在器官采集前会有一段时间停止向组织泵入含氧血液,这可能会造成损伤,因此将器官放入灌注机中可以使其恢复。此外,医生可以监测系统中的乳酸,以检查器官代谢。尽管乳酸在灌注过程中只是一个粗略的代谢标准,但与单纯的器官冷冻相比,乳酸已经取得了很大的进展。当然,根据器官的不同,医生也可以通过其他标准来评估,比如肝脏可以产生的胆汁水平。
 
温热灌注系统
 
上述灌注系统在器官保存过程中仍需降温,但近20年来,已有多个研究小组开始探索器官保暖和组织灌注常温血液的方法。结果表明,在20~33℃时,离体器官的功能与人体相似。目前,冷热灌注系统已在澳大利亚和英国得到广泛应用,而大部分设备已在美国进行了测试。
 
去年12月,杜克大学医学中心在病人停止跳动后取出心脏,然后用温热灌注系统修复器官,准备移植。一般来说,心脏移植应在患者被判定为脑死亡后进行,以避免心搏骤停和缺血造成的广泛器官损害,心搏骤停后器官摘除无疑会扩大供体的有效性。目前,美国已经通过这种方法成功地实现了小儿心脏移植,这是成人器官移植的首次尝试。在该系统已经使用多年的国家,数据显示,热灌注系统可以使心脏捐赠数量增加30%-40%。所以在美国这将是一个巨大的数字。
 
冷藏或灌注哪个更好?
 
刘明康指出,目前直接比较器官冷冻和灌注的研究很少,但从一些报道来看,灌注效果普遍较好。在stat news报道的一项研究中,研究人员比较了灌注系统和冷冻肝移植,其中16个肝脏不能使用,而32个肝脏在冷冻时不能使用,灌注肝脏的损伤较小。
 
在刘的团队的肺移植工作中也看到了类似的趋势。供肺移植成功率仅为20%,his体外肺灌注系统的应用已扩展到70%。数据显示,肺在灌注系统中运行4-6小时,但动物器官实验显示,肺可以存活12-18小时,甚至36小时。他认为,未来器官甚至可以灌流数周才能存活,甚至可以引入基因和干细胞疗法,在体外修复器官,达到更好的移植状态。
 
然而,目前最常用的器官移植方法是器官冷冻,其主要原因是成本。一个灌注系统要花几千美元,比制冷贵得多。如果没有充分的研究比较灌注和冷冻,很难说服全国的医院改变治疗,因为这涉及到相当大的成本转换。
 
刘明康指出,鉴于越来越多的移植试验取得成功,灌注法有望成为器官移植的标准治疗方法。
 
 
 
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