器官移植技術的出現為許多疾病帶來了最后一線生機，但能夠抓住這絲機會的人卻少之又少。實際情況，有超過60%的捐贈心肺從未及時觸及受捐者，根據世衛組織的估計，只有10%需要器官移植的人真正接受了手術。

最大的困擾之一是，器官的“保鮮期”實在太短了。

離開供體之后，心臟需在4-6小時內連接到新的血供以避免不可逆的損傷，肝臟能堅持8-12小時，腎臟也不過1天。

(資料圖片僅供參考)

雖然1949年就有研究開始嘗試使用冷凍的方法來保存器官和組織，但是仍存在問題——“凍”的過程中，器官內水分形成冰晶損傷組織，而“化”的時候也會導致類似的問題。

#熟練的廚房嚯嚯者回憶起了一些化成一灘沫沫的凍菜

近期，一篇發表于《自然·通訊》雜志的論文給冷凍器官提出了新的解決方案，研究者們使用保護液使器官在冷凍過程中“玻璃化（vitrification）”、防止損傷，并在其中加入了氧化鐵納米顆粒，后續可通過射頻線圈形成的交變磁場快速、均勻地復溫。實驗中，在-150℃下凍存100天的大鼠腎臟，仍舊可以完成移植，功能與原裝器官幾乎無異。

有朝一日，或許我們也可以使用類似的技術冷凍整個生物體，并見證一場真正的“起死回生”。

論文題圖

《科學》雜志封面專題對這項研究進行了報道，文中也提及了目前其他正在嘗試的凍存器官方法，我會在后文給大家簡要介紹。

凍存器官的難點來自“凍”和“化”兩方面。

冷凍過程中，水分子從無定形的流體變成了剛性的晶體，鋒利的冰晶會像刀一樣刺穿細胞；同時，細胞液中的鹽也會在最后凍結的部位高度濃縮，導致生物毒性。

這方面的難點率先被玻璃化（vitrification）解決。使用高濃度的冷凍保護劑（CPA）和較快的冷凍速度，組織中的水分子難以聚集形成晶體，最終形成的是堅硬、光滑、玻璃狀的物質，不會結冰。

在復溫時，如果升溫速度過慢，在組織接近冰點的時候，同樣會產生冰晶；而加熱方法如果不夠均勻，組織膨脹收縮產生的應力也會破壞組織。

為了解決這個問題，研究者們開發了一種“納米復溫（nanowarming）”技術，在添加保護劑時，在其中加入氧化鐵納米顆粒（IONP）一起完成玻璃化，復溫時則將凍存器官放在射頻線圈中，電流會產生感應磁場，通過器官中的鐵粒子產熱。

保護劑通過毛細血管均勻灌注到器官內，由于射頻電場會無衰減穿透組織，所以保證升溫速率的同時加熱也很均勻。這意味著臨床轉化的價值。

納米復溫全過程

實際實驗中，冷凍至-150℃的器官，在這套系統下的復溫速度能夠達到72±8℃/min，而且復溫后的大鼠腎臟還具有正常的生理功能，與新鮮的對照組差別不大。

研究者使用-150℃凍存100天的大鼠腎臟進行了移植，受體已經移除了天然器官，所以動物的腎功能和存活都依賴移植器官。

可見納米復溫后的腎臟外觀非常正常，組織學與新鮮對照幾乎無異，而在4℃下保存60小時的對照組織已經出現了明顯的腫大外觀和充血、瘀斑等損傷。

凍存移植器官的外觀特征

術后，大鼠順利活過30天的研究期，納米復溫腎臟移植鼠血清肌酐水平略有升高，高血鉀癥、代償性酸中毒等代謝功能障礙指標也有升高，但基本在2周內恢復正常水平。在30天時檢測腎功，納米復溫腎臟與原裝腎臟表現無統計學差異。

玻璃化的腎臟

其他實驗室的科學家們還在嘗試更加簡單的方法。

有研究者們發現，一種林蛙會在低至-16℃的環境中產生大量的葡萄糖來作為內源的冷凍保護劑，同時組織內抗氧化劑水平增加防止損傷，而其血液中的特殊蛋白質還能夠誘導冰晶在較為結實的脈管系統中生長以防破壞其他組織。

研究者已經嘗試使用合成糖來保存人類肝臟，將人類肝組織在-4℃下的保存時間延長到了27小時。結合一種常用的結晶劑snomax（造雪用的那種），可以讓組織在-5℃下凍存15天。

Rana sylvatica可在極地冷凍下存活數月

另一組研究者嘗試在密閉容器中冷凍器官，當水分接近冰點時，膨脹的體積會增加容器內的壓力，這會限制冰晶的形成。

使用這種方法，他們已經成功將豬心在-4℃下凍存21小時，并完成了復溫和移植。這種方法能夠減少冷凍保護劑的使用，減少毒副作用。

而且拿來保存食物也不錯啊！！！研究者們把西紅柿浸在糖水中，用密封容器在-2.5℃下凍存了1個月，西紅柿看起來就像剛采摘的。

由于這種方法運行溫度比常用的儲存冷凍食品的溫度更高，有研究者估算，全球范圍內廣泛推行這種保存方法能夠每年節約能源約60億千瓦時，相當于拉脫維亞一年的耗電量。

當然，無論是賊拉保鮮的西紅柿，還是低溫凍存的移植器官，乃至能支持漫長太空旅行的冷凍倉，距離我們都還有點遠呢。

參考資料：

[1]Han, Z., Rao, J.S., Gangwar, L. et al. Vitrification and nanowarming enable long-term organ cryopreservation and life-sustaining kidney transplantation in a rat model. Nat Commun 14, 3407 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-38824-8

[2]https://www.science.org/content/article/how-to-deep-freeze-entire-organ-bring-it-back-to-life