《自然》子刊：肝移植的福音！新型技术显著延长人体肝脏体外保存期限

论文标题：Supercooling extends preservation time of human livers

作者：Reinier J. de Vries, Shannon N. Tessier, Peony D. Banik, Sonal Nagpal, Stephanie E. J. Cronin, Sinan Ozer, Ehab O. A. Hafiz, Thomas M. van Gulik, Martin L. Yarmush, James F. Markmann, Mehmet Toner, Heidi Yeh, Korkut Uygun

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期刊：Nature Biotechnology

发表时间：2019/09/09

数字识别码：10.1038/s41587-019-0223-y

摘要：The inability to preserve vascular organs beyond several hours contributes to the scarcity of organs for transplantation1,2. Standard hypothermic preservation at +4 °C (refs. 1,3) limits liver preservation to less than 12 h. Our group previously showed that supercooled ice-free storage at –6 °C can extend viable preservation of rat livers4,5 However, scaling supercooling preservation to human organs is intrinsically limited because of volume-dependent stochastic ice formation. Here, we describe an improved supercooling protocol that averts freezing of human livers by minimizing favorable sites of ice nucleation and homogeneous preconditioning with protective agents during machine perfusion. We show that human livers can be stored at –4 °C with supercooling followed by subnormothermic machine perfusion, effectively extending the ex vivo life of the organ by 27 h. We show that viability of livers before and after supercooling is unchanged, and that after supercooling livers can withstand the stress of simulated transplantation by ex vivo normothermic reperfusion with blood.

知名学术期刊Nature Biotechnology 9月9日在线发表的一篇论文，向我们展示了体外保存人体肝脏的一项新型技术，为器官移植目前面临的限制带来突破！

由哈佛医学院（Harvard Medical School）与麻省总医院（Massachusetts General Hospital）的科学家领衔，一支研究团队使人体肝脏的体外存活期限从过去的不到12小时延长到27小时。这项研究成果有望为医生准备器官移植手术争取更多的时间。

肝移植，为肝癌、肝硬化、重型肝炎等众多肝病的终末期患者带来希望。在肝病大国的中国，有越来越多的终末期肝病患者因肝移植而获得新生。

然而，由于技术所限，当器官从捐献者身上被取下后，可以保存的时间非常短暂。 目前的低温保存标准只能让肝脏在4 °C下最多保存12小时 。如果超过时间，例如捐献者和接受捐赠的患者在距离较远的不同城市，那么器官很可能因为失活而无法用于移植。这个时间限制，成为供体器官短缺危机的一大原因，让很多患者难以等到肝移植。

▲研究主要负责人Korkut Uygun教授（图片来源：麻省总医院官网）

如何延长肝脏的离体保存时间，是Korkut Uygun教授的研究团队一直在挑战的一个难题。几年前，他和同事们研制出一种“过冷”保存方法，利用防冻剂，让大鼠的肝脏保存在-6 °C，同时防止肝脏内形成冰晶，从而避免组织受损。

这种技术虽然让大鼠肝脏的保存时间成功延长2倍，然而要拓展到人体器官的应用，还有重重挑战。毕竟，大鼠的肝脏仅有区区10克，而人类的肝脏接近2千克，大了近200倍！随着器官体积增大，组织内更容易形成冰晶。

▲离体保存人体肝脏的流程，按不同温度分为8步（图片来源：参考资料[1]）

此次研究中，科学家们对过冷技术流程做了多方面的优化，力求避免肝脏的冻结。在机器灌注期间让气-液界面最小化，减少容易冰晶成核的位点；新增了防冻保护剂降低熔点；并且，在处理肝脏时设法让保护剂在组织内均匀分布。

三管齐下的改良方案最终成功将人体肝脏维持在–4 °C。与现有保存方法相比，供体肝脏的存活时间延长到了27小时。

▲ 机器灌注系统和亚低温机器灌注期间的肝脏（图片来源：参考资料[1]） 

对于要移植的肝脏来说，过冷保存之后“解冻”也至关重要。研究人员使用亚低温机械灌注（简称SNMP），在20 °C左右持续向肝脏泵入氧气和营养物质，对肝脏进行复温。

从胆汁产生、血管阻力、摄氧量到一些代谢酶的水平，一系列参数的检验结果显示，肝脏的活力在过冷处理前后并没有显著改变，并且能在模拟移植中承受住压力。

▲ 肝脏在过冷池和常温血液再灌注（图片来源：参考资料[1]）

作者表示，这项研究结果支持在临床上采用低于零度的器官保存技术。不过，在此之前还有必要先在猪或其他大型动物模型中测试过冷肝脏移植后的长期存活率。

我们期待在科学家们的不断努力下，供体肝脏保存技术的突破能让更多等待肝移植的患者迎来新生。

参考资料：

[1] Reinier J. de Vries et al., (2019) Supercooling extends preservation time of human livers. Nature Biotechnology. DOI: 10.1038/s41587-019-0223-y

[2] Berendsen, T. A. et al. Supercooling enables long-term transplantation survival following 4 days of liver preservation. Nat. Med. DOI: 10.1038/nm.3588