从人类心脏或肺与捐赠者分离的那一刻起，医生有 4-6 小时的时间将其连接到新患者的血液供应中，以免其受到不可挽回的损坏。对于肝脏来说，窗口期是 8-12 小时，对于肾脏来说，窗口期大约是 24-36 小时。根据世界卫生组织的数据，超过 60% 的捐赠心脏和肺未能及时到达接受者手中；只有不到 10% 需要器官移植的人真正得到了移植。

因此，科学家们希望***终能够建立冷冻保存的组织库，例如皮肤、整个器官，甚至四肢，从而缓解短缺问题，并让医生有时间更好地为受试者移植做好准备。

来自明尼苏达大学的研究人员报告称，他们使用突破性的复温技术成功地将玻璃化和复温的肾脏移植到大鼠体内，并在移植 30 天内恢复了完整的肾功能，且肾脏在低温下持续保存长达 100 天。

相关论文以题为“Vitrification and nanowarming enable long-term organ cryopreservation and life-sustaining kidney transplantation in a rat model”发表在 Nature Communications 期刊。

01“纳米复温”实现 90s 内解冻肾脏

现阶段能在远低于零摄氏度下长时间储存并复活的***大生物体是人类胚胎。低温生物学家 Greg Fahy 曾表示，如果用当今的技术对整个人进行尝试，结果将是一具充满有毒化学物质的无生命尸体。

Fahy 于 1985 年就在 Nature 发文，揭示了一种可以使小鼠胚胎在 -198℃ 下保存的化学过程，称为“玻璃化冷冻”。这是一种使用更高浓度的冷冻保护剂（CPA）和更快的冷却速度的方法，通过在冷却过程中形成玻璃态来完全避免结晶，现常被用于卵子和胚胎冷冻。

该技术解决了冷冻过程中的主要障碍：冰。当水结冰时，它会对组织内部造成严重破坏，水分子从紧密堆积的无定形流体转变为刚性晶格，冰晶会像刀子一样撕裂细胞。而冷冻保护剂（CPA）可以稀释粘性液体中的水分子，从而阻止冰晶的形成。

复温过程同样重要。如果物体升温太慢，当组织接近冰点时就会形成冰晶；如果加热不均匀，不均匀的膨胀或收缩引起的应力会使物体破裂。

领导此次研究的 John Bischof 是明尼苏达大学生物医学工程系教授，在过去几年，他领导团队尝试了从激光到导热网的各种方法来快速、均匀加热玻璃化组织。基于磁场和铁纳米颗粒相结合，研究人员开发了一种称之为“纳米复温”（nanowarming）的技术，可以保证较大器官内部以及整个器官均匀升温。

具体而言，氧化铁纳米颗粒与 CPA 溶液会一起灌注到整个器官脉管系统中。当肾脏需要复温时，射频线圈会感应交变磁场，均匀加热纳米颗粒。肾脏重新升温后，CPA 和纳米颗粒会一起被冲出肾脏。此外，无论器官大小如何，毛细血管内的灌注都可以充分均匀地输送 CPA 和氧化铁纳米颗粒。因此，纳米复温本质上可以扩展到人体大小的器官以进行临床转化。

▲图 | “纳米复温”具体过程

首先，研究人员对 5 只大鼠肾脏进行玻璃化冷冻，并转移至-150℃ 的冰箱中保存。当需要复温时，使用 15kW 射频线圈在 63kA/m 和 180kHz 条件下，90s 内即可解冻肾脏。

然后，研究人员通过将器官连接到机器而不是移植到实际动物体内，测试了几个离体复温肾脏的功能。作为对照，他们使用了在 4°C 下冷藏 24 小时的肾脏和用不含氧化铁纳米颗粒的 CPA 溶液冲洗的肾脏，这些肾脏都没有玻璃化，也没有重新加热。

在肌酐清除率（肾功能的主要标志）方面，复温的肾脏表现比新鲜的肾脏差，但与 CPA 冲洗的肾脏相当，这表明这种非严重的功能丧失是由于 CPA 毒性而不是玻璃化/复温过程所导致。重新加热和 CPA 冲洗的肾脏也基本上与冷藏的肾脏一样。所有组的尿量均接近正常。

体内实验表明，经过***初一段时间的调整后，纳米加热的肾脏在活体大鼠中的表现与新鲜移植物一样好。移植后一到两周，肾功能的所有主要标志物均恢复正常。

生物磁珠对细胞筛选的方法已日渐成熟，原理是将包被一抗的磁珠与细胞表面对应的分子特异性结合，或者将包被二抗的磁珠与已经与细胞表面分子特异性结合的一抗结合。磁珠携带与之结合的细胞吸附与分离柱或试管上，实现阳性细胞或阴性细胞的分离。洛阳吉恩特生物自主研发生产了各类生物磁珠，可以实现稳定的实验结果。