这是第一次有人能同时“复活”哺乳动物身体上的各个器官,有专家指出这项成果是“颠覆性”的。哺乳动物的细胞需要氧气和血液来维持活力,缺血后几分钟内,细胞内就会出现酸中毒和水肿,继而引发不可逆转的损伤。一般来说,哺乳动物的器官缺氧15分钟左右,就会彻底死亡。
这次实验中,塞斯坦团队在猪缺血缺氧一小时后,给猪注射了“复活药剂”,主要由猪血、人工血红蛋白、细胞需要的营养物质、抗氧化药物和防止细胞死亡的药物等多种化合物混合而成。这项研究共同作者之一、耶鲁大学医学院博士候选人张树培指出,这是对2019年猪脑实验中灌注液的优化和改良。
人工血红蛋白的携氧能力非常强。这次用于实验的是一个名为OrganEx的系统。OrganEx灌注液中,血红蛋白和血液比例是1:1,“这样细胞接受氧气的效率最高”。此外,灌注液中的抗氧化等药物能用来抑制和缓解细胞损伤,“和针对单一器官大脑相比,这种系统对全身各种器官更具兼容性”。
张树培指出,OrganEx组灌注后细胞受到的破坏更少,出血和组织肿胀的情况也较少,能实现灌注效率的最大化。OrganEx组猪的所有主要器官中,细胞功能都得到了更好修复。猪的肾脏细胞中,还出现了细胞增殖现象。
在她看来,让猪“复活”的关键是灌注系统OrganEx,这是一个由计算机控制的体外循环灌注系统。通过该系统,灌注液被注入猪全身的不同器官。这个过程中,实时传感器会监控重要的循环指标、代谢物和“与细胞修复相关”的信号通路,以便研究人员随时干预。该系统还包括氧合器和血液透析装置,能够保持灌注液中电解质和其他必需分子的稳定水平。
“这是实验最难的部分。”张树培说,OrganEx要更好地模拟全身器官的功能,以肾脏为例,OrganEx最重要的功能是“做交换”,将有毒的物质排出去,血红蛋白留下来,而系统需要通过“很好地控制”对应的血液动力学,来实现“更有效的交换”。
复旦大学上海医学院副院长朱同玉是国内知名的器官移植专家之一。他指出,实际上,在器官移植领域,早在上世纪90年代就有人开始尝试在灌注液中加入各种成分,不再使用单纯人血。因此这项研究的最主要意义是“在机械灌注系统设计、程序和控制方面又有了新的提升和进步,是一种综合性的优化”。
朱同玉指出,下一步,器官移植中灌注技术的难点是增加和不同器官的适配度,因为每个器官大小、血管的形态不一样。比如肾脏的血管“比筷子还细”,肝脏的血管中,肝动脉和静脉也有差异,心脏有很大的血管,因此对于这些不同器官,应配备更有针对性的灌注液和灌注系统。