科学家发现如何解冻冷冻保存的器官而不造成伤害的方法

学者近日发展出了一种技术，可以使经过超低温保存的人类以及猪只样本快速解冻，组织没有任何损伤；这项技术也许可以让需要器官移植的病人，不用再漫长地等待。

 

超低温保存能够将生物组织以液态氮的极低温，长时间冷冻起来，再将之活化，而且不会造成任何损伤，科学家一直努力着，想要以较大的组织跟器官样本，来实现这个技术。

 

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在科幻小说中我们读过这种神奇的手段，能够延长人类的寿命，但其应用上有一个更为实用的层面：只要医院能够掌握这种技术，便可以将器官长期地安全储藏起来。

 

 

如今，在美国平均每日有22个人因为等不到可供移植的器官而过世。其中，最大的难题不是器官供应的短缺，而是器官只能冷藏短短的几个小时，否则就会产生永久性的损伤。

 

这情况意味着，即便器捐数量充足，要适时地找到受赠者，并即时送到手术台上，还是一项亟待解决的困难。

 

经估计，每年捐赠的心脏与肺脏，超过60%最后的命运都是遭到丢弃，因为只能保存几个小时，在这与时间的竞赛中，有极大的机率，医院无法将器官送达受赠者那儿。

 

在科学转译医学期刊中，由明尼苏达大学的John Bischof所领导的研究团队写道：“那些被丢弃的器官，只要有一半可以被成功移植，这就表示着，在两到三年内，这些器官的候选移植名单就会不复存在。”

 

目前来讲，更佳的解决方案就是超低温保存，让器官组织可以在摄氏-80度到-190度（即华氏-112度到-310度）的范围内冷藏。

 

 

在超低温保存的领域中，一项占领导地位的技术叫做“玻璃化”（vitrification），能够用摄氏-160（华氏-256度）的低温，将生物样本冷却至玻璃态（glassy state，或称混凝态）。事实上，玻璃化技术已经被Alcor这样的人体冷冻公司应用于人脑上了。

 

藉由玻璃化的作用，器官可以被储藏长达数年，或者更久，这意味着，医生可以建立一个可供移植的器官银行，使得任何需要心脏或肺脏移植的病患不用再苦苦等候。

 

虽然目前我们看似解决了冷冻的难题，但另一个关卡是，在解冻器官的过程中，会产生冰晶，进而损害组织细胞，甚至使之破裂。

 

在过去，科学家曾成功地将小型的组织样本解冻，但大约只有1毫升的容量大小。当组织越来越大，大到接近一整个人类器官的规模时，目前在冰上缓慢加热的热传导技术，就徒劳无功了。

 

然而，现在情势已有所不同，明尼苏达大学的团队宣称，他们研发出了一项新的技术，能够让超低温保存的人类或是猪只样本快速解冻，而且脆弱的冷冻组织将毫发无损。

 

Bischof说：“这是第一次，即使面对更大的生物组织，我们还是能以每分钟摄氏百度以上的速度，成功且均匀地将保存的组织解冻，而且不会造成任何损伤。”

 

相对于热传导的手法，其团队使用奈米粒子，以相同的速率加热整个组织，所以冰晶便无法形成，组织也不会受损。

 

为了达到这个效果，科学家将二氧化硅包覆铁氧化物奈米粒子（silica-coated iron oxide nanoparticles）加入一种溶液中，并施加一个外部磁场，好均匀地产生热量。

 

 

之后，他们将1至50毫升不等的多个人类与猪只组织样本加热，有些使用的是新的奈米加温技术，其他则使用传统的缓慢加温法。

 

与控制组不同，使用奈米粒子加热的组织并无任何受损的迹象。

 

以下你可以看到两者的不同结果，在红线左侧的是使用奈米加温技术的组别，而右侧则是控制组：

 

解冻之后，科学家还能成功地把奈米粒子从样本上沖洗掉。

 

其团队也试着加热一管80毫升的溶液，其中不含任何组织，结果显示其加热率跟较小的样本一致，也代表着这种技术有规模化的可能。

 

团队成员写道：“简单来说，当需要加热的容量只有1毫升时，在生物机械试验跟热传导快速加热的可行性上，奈米加温有同样的效果，在50毫升时，奈米加温优于传导加温；而且技术面上，奈米加温可以将容量提升至80毫升。”

 

“在未来，我们相信奈米加温可以被应用于1公升的容量或者更多、更大的组织或是器官上。”

 

以下你可以亲眼看见生物组织在不到一分钟的时间内被解冻的情形：

 

其团队也坦言，如果更大的组织或是整个器官要解冻的话，必须把奈米粒子注入到其中，而不只是环绕着它们，才能可能均匀地加热，不过这是他们研究的下一个阶段了。

 

必须提到的是，研究团队尚未成功地在器官上实现这项技术，因为器官中组织的排列很复杂，而且由多个不同类型的组织所构成。

 

这需要很多优化与微调，所以说，要让超低温保存的器官重新活跳跳，还需要一段时间。但这是第一次，我们得以见证这么大容量的组织被成功地解冻，这可是很令科学界兴奋的。

 

这样完整研究被发表在科学转译医学期刊中