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诱导器官假死冬眠

从器官捐献者去世开始,器官的有效期就开始了倒计时。肾脏移出体外后只能存活大约36小时,肝脏为16个小时,心脏则只有3到5小时。如果器官不能在有效时间内成功移植,就会被丢弃,而这非常可惜。因为仅仅在美国,每年就有超过12万人等待器官移植。而2014年,只有29532人获得了合适的器官捐赠,每天都有21人因为没有合适器官死亡。

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如果科学家能够找到延长器官保质期的方法,就可以为病人建立器官银行。这将带来很多好处。首先,医生可以借此修复器官组织,从而获得更多的有用器官。其次,如果病人不需要立即进行器官移植,就可以先利用其它方法让器官接受者的免疫系统慢慢适应新的器官,提高移植成功率。


认识到器官银行的巨大潜力,对于试图延长器官保质期的创业公司,美国国防部最近给予了价值350万美元的资助。


现在,延长器官保质期主要有两类方法。一类方法对器官进行冻干处理来实现快速、便捷保存,另一类方法尝试改变器官的细胞和组织,使器官进入冬眠状态。前者速度更快,后者更安全,但两类方法都面临很多技术难题。


目前,最受欢迎的器官保存方法是冷冻。通常情况下,可以用液氮实现活器官或者有机物的深度冻结。但冷冻保存器官则很困难,因为普通冷冻会在器官内产生冰晶。而冰晶会损害细胞和组织,使器官不再适合移植。要解决冰晶问题,冻结和解冻器官的速度必须足够快,以防止冰晶的形成。此外,器官从冷冻恢复至体温的过程需要均匀加热,以避免产生可以撕裂器官组织的热应力。


2005年,Greg Fahy成功将兔子肾脏冷却至玻璃化状态,这是目前为止器官冷冻保存技术取得的最大成就。玻璃化是一个非常快的过程,它能避免水晶的形成。但是,复原器官的过程中,Fahy无法消除热应力。


明尼苏达大学的John Bischof则认为他找到了解决热应力问题的方法。他先将磁性纳米颗粒加入玻璃化器官,然后将器官暴露在射频电波中。这样,纳米颗粒就会开始振动,并以每分钟超过100摄氏度的速度从内部加热器官。利用这种技术,在啮齿动物的细胞和组织中,Bischof不仅成功防止了冰晶的形成,还消除了热应力。


其他研究人员也在尝试其它消除冰晶的技术。哈佛大学的生物工程师Mehmet Toner就尝试通过以极快速度给组织、细胞降温,使得细胞、组织的水在冰点下保持液态。麻省理工学院的实验室也在研究类似的被称作等体积冷却的技术,这种技术能在保护室内通过增加压力降低温度,但同时能让器官的体积保持不变。


尽管器官冷冻技术获得了很多进步,但科学家还是无法在冻结和解冻器官的过程中不产生任何伤害。因此,很多科学家开始向大自然寻求灵感,希望通过学习其它动物实现人体器官的保存。


Carleton大学的Ken Storey主要研究如何停止“生物时间”,他想让器官进行冬眠,并能在移植手术时苏醒。Storey说:“大多数脊椎动物都可以完全“关闭”自己进入假死状态,并在合适时候苏醒。”具体来讲,他通过研究松鼠和厚尾侏儒狐猴获得了冬眠的生物机制。


但这种方法实际应用起来要难得多。因为大多数哺乳动物冬眠后,环境变化不仅使它们关闭了分解脂肪、糖类以获取能源的细胞、组织,还停止了导致新蛋白质生成和旧蛋白质破坏的DNA活动。但是,人类没有这种功能,人类细胞要么正常工作,要么开始凋亡。


Storey认为他可以在不发生细胞凋亡的情况下,人为诱导人体器官细胞进入假死状态。要让器官苏醒,则只需反向重复之前的过程。尽管Storey的研究取得了很多进展,但距离诱导整个器官进入假死状态还有很长的路要走。


实际上,所有保存人类器官的研究项目都处在起步阶段。大部分的方法只在动物或非常基本的人类细胞系上做过测试。要解决器官短缺的问题,致力于结束肾脏捐赠短缺的组织“零等待”认为应把重点放在增加捐赠器官上。“零等待”的执行主任Josh Morrison说:“只要0.06%的美国人捐赠肾脏,我们明天就可以结束肾脏短缺。”


新英格兰器官银行的总裁兼首席执行官Alexandra Glazier还列出了其它解决器官短缺问题的方法。虽然认为科技进步在解决器官短缺问题中能够扮演重要角色,但她认为还有其它增加有用捐助器官的途径。比如,放松特定病症和传染病患者捐赠器官的政策限制。


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