肝脏移植保存:温度和时间的极限挑战

作者: 任申

来源: 《赛先生》

发布日期: 2015-07-07

一种新的肝脏保存方法,结合过冷却和机械灌流,显著提高了肝脏保存时间,为肝脏移植带来了更多机会。该方法通过降低温度减缓细胞代谢,并使用低温保护剂和机械灌流来防止细胞损伤,实验表明在大鼠身上保存72小时后肝脏依然保持活性。

器官短暂的保存时限,是制约其移植的一大难题。一种新的肝脏保存方法,把过冷却和机械灌流结合起来,有显著提高肝脏保存时间的潜力,因而给肝脏移植带来了更多机会。新方法的基本思路跟此前的类似研究一样,就是用更低的温度进一步减缓细胞的代谢。全世界有许多正在苦苦等待移植器官来救命的患者,器官的供不应求一直是一个相当严重的问题。除了来源有限外,器官短暂的保存时限也是制约器官移植的一大瓶颈。

用于移植的器官被切断血液供应后,其中的细胞得不到氧和养料,很快就会死亡。因此,现在一般在0℃~4℃的低温下保存器官,以减缓细胞的代谢,减少其需氧量,并辅以模仿细胞內液的保存液,从而延长其保存时间。另外也有通过机械灌流不断给器官提供养料的方法,但成本高,且效果也不是特别理想,所以并不常用。

最成功的器官保存液是美国威斯康星大学的贝尔泽等在20世纪80年代末发明的UW保存液,它的出现给器官保存带来了突破性的进展。肾脏在低温的UW保存液中可以保存72小时,这使得跨大洲提供器官进行肾脏移植手术成为了可能。不过,肝脏的保存时间依然不甚理想。与肾脏不同,在0℃的UW保存液中,肝脏最多只能保存12小时。

这极大地制约了肝脏移植,如果有办法能把肝脏的保存时间延长到24小时,不但可以扩展器官来源范围,也可以让移植手术的安排变得更加灵活。

此前,为了进一步减缓细胞代谢、延长保存时间,一些研究者尝试把保存肝脏的温度降低到0℃以下。他们采取了−196℃的超低温玻璃化保存,还有-5℃~0℃的过冷等方法,但都不成功。肝脏难以保存的原因在于构成它的细胞种类繁多,这些细胞功能各异,需要的保存条件也不尽相同。在有的实验中,冰冻保存后移植的小鼠肝脏的肝实质细胞没有问题,胆管系统也可以正常工作,但内皮细胞和微血管却都损坏了。

2014年7月出版的《自然·医学》杂志中,哈佛大学医学院、麻省综合医院的科尔库特·乌伊贡和同事发表的论文,介绍了一种新的肝脏保存方法,这种方法把过冷却和机械灌流结合起来,有显著提高肝脏保存时间的潜力,因而给肝脏移植带来了更多机会。新方法的基本思路跟此前的类似研究一样,就是用更低的温度进一步减缓细胞的代谢。

想要在0℃以下保存器官,需要面对几个关键的问题:首先就是水会凝固结冰,冰晶会破坏细胞,这是所有零下低温保存方法都要防范的“头等大敌”;另外,低温保存和其后的升温过程都可能给细胞膜带来不可逆的损伤,而在这些过程中,细胞也更容易受到氧化伤害,尤其是肝窦状隙内皮细胞最易受到影响,这也是零下低温保存让肝脏微血管系统失灵的主要原因。

为了防止结冰并减轻低温给细胞膜带来的损伤,需要在普通的UW保存液中加入低温保护剂。乌伊贡选取了分子质量为35kDa的聚乙二醇。此前有研究显示,这种高分子物质有保护上皮细胞膜的作用。不过,聚乙二醇不能透过细胞膜,所以研究者还需要一种能进入细胞内部的低温保护剂。许多耐寒的生物都会制造出大量葡萄糖来充当低温保护剂,在此启发下,乌伊贡和同事采用了一种无法代谢的葡萄糖衍生物——“3-O-甲基-D-葡萄糖”。

这种衍生物会通过葡萄糖转运机制进入肝实质细胞体内并积累起来,从而在细胞内部起到保护作用。

研究者也采用了机械灌流方法进一步抑制器官因长期缺血而导致的损伤。

他们制定了一套过冷却保存肝脏的程序:首先用低于体温的机械灌流,把加入了低温保护剂的UW保存液注入到从大鼠体内取下的肝脏中;然后在保持灌流的状态下把温度降低到4℃,再把浸在保存液中的肝脏降温到-6℃进行保存;而在进行移植之前,还要在保持机械灌流的状态下升温。实验表明,用这套方法保存的肝脏在72小时后依然保持活性,移植了这些肝脏的大鼠都活得很好。而移植了保存96小时的肝脏的大鼠也有58%的存活率。

另外,对照组表明,加入保存液中的两种低温保护剂和机械灌流过程对于肝脏的保存都是必不可少的。

新方法除了延长肝脏保存时间外,还可以让那些过去并不适用于移植手术的肝脏变得可用。这将会是乌伊贡和同事的下一个主要研究目标。当然,现在的新方法只是在大鼠身上进行了试验,要在人体上成功肯定还需要许多调整。一旦其取得成功,将会大大扩展肝脏的来源范围,给等待移植手术的病人带来福音。

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