体外保存器官的能力与免疫抑制一起，对促进公众捐献器官已经起到了很重要的作用。虽然最近有关器官保存有了一些进展，比如体外机器灌注系统，可能会提高被保存器官的质量，但它们并没有大幅度延长器官保存的时间。

在过去五十年内，器官移植已经发展成为肾脏、肝脏、心脏、胰腺等多种严重疾病的一种能挽救生命的治疗方法。支撑这一成就的有两项著名的科学进步：控制病人的免疫系统来接受源自另一个不相关个体的器官，以及器官在体外至少保存几个小时的可能性。虽然免疫抑制方法已有了极大的改善，但是器官保存方面的进展还很有限。然而，Uygun和他的同事们在《自然·生物技术》发表了一项研究，描述了一种将人的肝脏在长达27小时的超级冷却状态下仍可以保持功能稳定的方法。这是目前临床肝脏移植安全保存期的两倍多，代表了二十年内人体肝脏最长保存时间。

体外保存器官的能力与免疫抑制一起，对促进公众捐献器官已经起到了很重要的作用。虽然最近有关器官保存有了一些进展，比如体外机器灌注系统，可能会提高被保存器官的质量，但它们并没有大幅度延长器官保存的时间。

传统的保存技术主要依赖于在液体状态下将器官冷却到2℃左右，以降低其无法避免的持续代谢活动，并辅助以灌注用的合成溶液来进一步降低损伤风险。但是，这些方法并不能在数周到数年的时间里提供安全、长期的保存。

热力学原理表明，将温度降低到2℃以下可以大大延长器官的保存时间，但这与生物物理上的特性相冲突，即当稀释的水溶液冷却到0℃或更低时会形成冰。低温冷藏科学已经学会了如何控制和减少人类卵子和胚胎的冰核形成，让这些卵子和胚胎可以在超低温下保存数年。自20世纪70年代以来，人们已经知道，即使采用最好的冷藏方案，完整的器官也会因结冰而受到无法修复的损害。

如何解决这个难题？一项主要在小动物器官上研究的技术——超级冷却，可以防止冰核的形成。图1描述了在冷冻或超级冷却过程中对细胞的不同影响。在Uygun和他的同事们的最新研究之前，人体器官还从未进行过超级冷却。以前用来防止冰核形成的方法包括：改变水性的溶质（冷冻保护剂）、抗冻蛋白（结合潜在的冰核部位）和高压。

超级冷却是一种亚稳定状态。为了避免人体肝脏等大型器官内冰核的形成，需要进行技术开发。根据他们早期对啮齿动物肝脏的研究，Uygun和他的同事们采用了一种三管齐下的方法来解决这个问题。冰核形成是通过水分子在低温下的相互作用，依次叠加而发生的。为了抑制这些相互作用，Uygun等首先在保存液中加入了低聚糖海藻糖和聚合物聚乙二醇等溶质。其次，他们开发出一种新型、复杂的生物工程程序，在溶质暴露和去除的整个过程中，通过可控地连续灌注和在不同的稳定温度下灌注，以及随后的肝脏功能测试，使溶液最终均匀地分布到整个肝脏中。第三，他们将器官储存容器中的空气/液体面最小化，因为这种分离可以成为冰核中心。这些创新的技术综合起来就让人体肝脏能够在-4℃的超级冷却温度下可以稳定储存长达27小时，并保持良好的功能。

该研究小组的另一项创新是应用了可控的灌注系统，在过冷后重新灌注肝脏，并在正常体温下切换到血液灌注，模拟了全肝移植过程。这使得几个肝脏功能就可以被测量，包括：有氧代谢产生的能量、胆汁产生，以及在显微镜下评估的组织结构完整性。所有这些测量指标都表明器官功能保持良好。同样重要的是损伤标记物，比如：细胞内酶的释放和细胞凋亡信号，在整个热灌注期间（3h）水平都很低。

这项研究的结果既有趣又令人兴奋。但正如研究者们所承认的，还需要做更多的工作。为了将保存期延长到远超27小时，可能需要将超级冷却的温度降低到-20℃，而避免冰核的形成则是一个更困难的挑战。是否可以用其他策略来稳定超级冷却？例如，在水溶液上加压可以抑制水分子的有序性，从而抑制冰核的形成。是否可以开发出一些技术，能让器官在超级冷却的状态下安全运输，这对于器官物流可能是必不可少的。在尝试进行任何临床应用之前，是否可以建立器官超级冷却的大型动物模型，以便进行全器官移植研究？

虽然短期的热灌提供了令人鼓舞的功能预后，但需要对超级冷却的移植肝脏进行长期评估，以了解目前因肝脏保存不良而出现的一些问题，例如：移植肝脏中的胆道系统被破坏。最后，是否可以利用Uygun和他同事们的工程技术创新，将器官保存温度降低到超低温状态——即所谓的玻璃化。这样的成就将可能会开创一种完全不同的器官移植模式。（编译：王敏骏）

参考文献： Nature Biotechnology 2019;37:1127-1130