猪肾冷冻一年后成功复温并恢复功能，器官冷冻保存取得突破

将肾脏冷却至-150°C并在冷冻器中储存数月后，科学家们首次成功将其复温并证明其可以重新工作。他们希望将这一发现应用于人体器官。

这些肾脏（大小与人类相似）被保存在类似玻璃的状态下，其中一例超过了一年。复温后，它们在机器中经过测试，并被移植到猪体内，肾脏恢复了颜色并产生了尿液——这是它们在工作的关键迹象。

“十年前……我不得不说我对它真的能成功并没有很高的希望，”主导这项工作的明尼苏达大学移植外科医生Erik Finger说。“在我们完成最后一次移植后，我走出房间说，‘这是一件大事。’”这项研究已在预印本服务器bioRxiv上发表，但尚未经过同行评审。

这些肾脏并不完美，研究人员尚未证明它们能够长期维持生命。但该领域的其他人表示，这些结果代表了一个里程碑式的成就。

“感谢上帝，有人终于在一个器官上做到了，并证明了它的工作原理，”一位未参与研究的冷冻生物学家Peter Kilbride说，他是专注于改善冷冻保存研究资金的公司Kyros Kairos的联合创始人。“多年来，人们一直在尝试并未能达到这一步。终于，我们取得了突破。”

“他们的工作令人惊叹，将使我们能够真正、无限期地储存器官，”一位未参与研究的哈佛医学院外科教授、生物医学工程师Korkut Uygun说。“这是一个移植的革命性时代。”

争取时间

美国每年独自进行数以万计的器官移植手术。人们认为这些手术在过去25年里挽救了200万年的生命。但仍有很大的改进空间

一个主要挑战是可用器官的缺乏。即使一个器官变得可用，在当前人类器官保存的24至36小时极限内将其送到正确的接受者也可能很困难。

接受器官移植的人必须终生服用抑制免疫系统的药物。这些药物旨在阻止他们的身体排斥新器官。但它们会带来副作用，并增加感染和癌症的风险。

能够长期储存器官有望解决所有这些挑战。医生将有更多时间将器官与接受者匹配。他们也能限制器官排斥的风险——可能通过事先准备接受者和他们的免疫系统。

“有了真正的器官储存……不是病人等待器官，而是器官等待病人，”Finger说。

科学家们已经能够通过一种称为玻璃化的过程将细胞冷却到超低温，这个过程本质上将它们变成类似玻璃的东西。该程序现已用于储存卵子、精子和胚胎。冷冻整个器官要困难得多。

一些问题可以通过冷冻保护剂——像防冻剂一样工作的化学品——来避免，这些化学品可以防止有害的冰晶形成。但这些化学品往往非常有毒。快速且均匀地冷却大组织也很困难，同样难以均匀地复温整个器官。

与明尼苏达大学的生物工程师约翰·比斯科夫（John Bischof）合作，费舍尔及其同事提出了一种解决方案。一旦器官被装填了冷冻保护剂，他们就会向其中注入氧化铁纳米颗粒。这些纳米颗粒对细胞没有任何影响。但在器官需要重新升温时，它们可以用电磁场激活。

当该场的射频在两种状态之间切换时，颗粒也会翻转，重新与场对齐。这导致它们在整个器官中释放热量。通过调整场的功率，团队可以控制加热速率，以便在器官达到-120°C时加速加热。

研究人员成功使用这种方法冷冻保存大鼠肾脏，这项工作发表在2023年的研究中。当时他们能够将冷冻保存长达100天的肾脏在移植到大鼠之前重新加热

从那时起，团队一直在尝试用更大的器官取得同样的成功。猪肾脏被认为是人类肾脏的良好模型——它们的大小和外观相似。大鼠肾脏重约一克；猪肾脏重约100克。

这并不容易。用于玻璃化大鼠肾脏的冷冻保护剂在猪器官中效果不佳。“我们必须重新发现并修改配方，”比斯科夫说。“这就是为什么它花了我们三年时间。”

深度冷冻肾脏

程序的第一个步骤是从供体猪身上取出肾脏。一旦取出，肾脏就会被冲洗掉血液，装入袋中，暂时放在冷却器中的冰床上，以便将其运往工程实验室。

在那里，团队成员打开肾脏，并将其连接到他们设计的一种用于控制器官温度和压力的设备。然后他们开始向其中装填冷冻保护剂配方，速度要慢以确保在器官中均匀分布，但要快以最大程度地减少任何毒性作用。这需要大约两小时。

下一步是向器官中注入氧化铁纳米颗粒，费舍尔说，这些颗粒会通过器官泵送大约七到八分钟。然后是时候通过将冷氮气注入存放器官的腔室来冷却器官了。

这是一个精细的过程，团队必须确保器官完全冷却。同时，他们必须尽快降低肾脏的温度，以防止结冰。“通常有几个人做不同的事情，以确保事情不出错，”比斯科夫说。

一旦器官在约-120°C达到玻璃化状态，费舍尔说它“表现得像玻璃一样”。“在那时，你可以稳定很长时间——我们认为是不限期的。”团队然后暂停冷却过程，以确保器官在整个过程中都是玻璃状的。否则，它可能会开裂。

暂停后，如果一切顺利，肾脏最终会被冷却到-150°C。一旦进入冷冻器，它可以保存几天、几周甚至几个月。团队已经保存了一些肾脏超过一年。

粉红色右起

这些肾脏的真正考验是在它们从冷冻器中取出、重新升温并冲洗掉化学物质和纳米颗粒时。它们能否支持生命？到目前为止，团队已经以几种不同的方式测试了其中的一些肾脏。

在一组实验中，研究人员将复温的肾脏放置在灌注设备上——这些设备已用于移植手术，既能向器官提供营养，也能帮助医生在器官离体时进行评估。

在另一组实验中，Finger及其同事将复温的肾脏移植到猪体内，并持续监测两小时。Finger表示，在这两次实验中，复温的肾脏似乎都恢复了功能。“它们会重新变粉红色，”他说。

评估肾脏功能的方法有很多，但一个关键的测试是器官能否产生尿液。按此标准衡量，复温的肾脏表现良好，尽管它们产生的尿液量约为正常预期量的三分之二。“它们在几分钟内就开始产生尿液……”Finger说。“我们知道它们是有效的。

大多数复温的肾脏在保存了几天或几周后进行了实验。但有一只在冷冻器中保存了超过一年。当Finger及其同事将其复温并放置在灌注机上时，他们发现它“立即”开始产生尿液。“它实际上比许多其他肾脏看起来都要好，”Finger说。“我们现在可以肯定地说，我们可以将它们保存一年，并以优异的功能进行复温。

“能持续一年是非常重大的突破，”德克萨斯州一家器官获取组织LifeGift的总裁兼首席执行官Kevin Myer表示。能够将器官保存这么长时间将改变器官移植的现状。他设想在紧急情况下，例如某些药物过量或枪伤，人们无法等待时，可以按需使用器官库中的器官

最终障碍

但该程序尚未准备好投入实际应用。除了产生的尿液量低于预期外，重新温热的肾脏还显示出损伤迹象。研究人员表示，这种损伤似乎是由冷冻保护剂化学物质引起的。

“这是解决一半问题的一大突破，”基尔布赖德将其称为。

该团队已经证明，重新温热的肾脏可以恢复血流，这对于低温生物学家格雷格·法伊（被认为是该领域的先驱之一）来说“非常重要”。但他担心器官受损的程度。“我们无法从这些实验中判断这些肾脏是否可能支持生命。”

但作为生物技术公司Intervene Immune和21st Century Medicine（他也是该公司的执行董事）的首席科学官，法伊承认，这些肾脏一旦长期植入活体动物体内，其情况尚不明确。

费舍尔还希望找到修复肾脏损伤的方法。其他研究表明，移植器官在灌注机器上时可以改善健康。而且，一旦肾脏进入体内，它们可能会在一定程度上进行自我修复。无论如何，人类肾脏可能比猪肾脏更能适应这个过程，费舍尔说。

下一步将是长时间在猪身上测试肾脏。该团队和其他领域的研究人员将继续寻找毒性较低的冷冻保护剂。费舍尔、比舍夫及其同事还计划进行涉及人类肾脏的实验。

手指很乐观。“我们会看到有损伤，不完美……但现在我们已经到了它能工作的阶段，”他说。“这是我们领域中的重大历史性里程碑，我们对此感到兴奋。”]}{