“論文的共同第一作者是一名醫(yī)生，他來幫我們給大鼠做腎臟移植手術。手術完成以后，當他看到大鼠的尿液掉落時非常激動，這說明腎能夠正常工作，移植手術成功了?！泵绹髂崽K達大學博士后韓宗祜表示。

對于生物體來說，器官病變或喪失功能，會引發(fā)一系列疾病甚至對生命本身造成威脅。器官移植，則是一種幫助生物體恢復功能、維持生命健康的重要手段。

就器官本身而言，離體后可以保存的時間很短。到目前為止，心臟的保存時間約為6～8個小時，肝臟的保存時間約為12～24個小時，腎臟的保存時間約為24～48個小時。

因此，從器官捐獻者捐出器官，到器官被真正地移植到器官接受者的身體中，這期間的時間是非常寶貴的，需要用來完成術前準備、被移植者通知等一系列工作。在這有限的幾十個小時之內(nèi)，相關工作一旦不能夠充分準備，便會造成器官浪費。

團隊合照：埃里克·B·芬格（左）、韓宗祜（中）和約翰·C·比肖夫（右）

傳統(tǒng)上，為了延長器官的保存時間，使器官接受者能夠不受時間和地點的限制，更為公平地獲得器官移植，相關領域的研究人員一般采用冷凍保存的方法。不過，由于生物體大部分是由水組成的，而水在結冰時發(fā)生的膨脹會導致刺破或殺死器官中的細胞，因此冷凍保存法常因結冰而失敗。

據(jù)了解，早在20世紀80年代中期，人們已經(jīng)開始使用玻璃化器官，作為冷凍保存法的一種替代方法。該方法將水置換成冷凍保護劑，可將器官快速冷卻到穩(wěn)定、無冰和玻璃狀的狀態(tài)，安全地度過低溫的過程，不會給細胞造成傷害。

復溫，則是該方法在之后幾十年間面臨的主要挑戰(zhàn)。玻璃化以后的器官，在使用時需要對其進行復溫。在這個過程中，如果復溫過慢，依舊會發(fā)生結冰現(xiàn)象，造成對細胞的破壞；如果復溫不均勻，器官則可能因熱應力而破裂。

“快速復溫和均勻復溫，這兩者缺一不可。其中，為什么要均勻復溫？就比如我們用微波爐加熱食物，當食物表面已經(jīng)熱起來時，里面還可能冰涼，這就是一個很典型的不均勻加熱。熱脹冷縮和受熱不均勻，就會導致器官被撕裂?！表n宗祜解釋說。

為了解決上述障礙，來自明尼蘇達大學的研究團隊，提出了一種納米加熱的技術，利用交變磁場加熱器官血管內(nèi)的氧化鐵納米顆粒，以實現(xiàn)快速和均勻的加熱，然后再通過灌注洗掉納米顆粒。

納米加熱技術概述

詳細來說，在冷凍前，氧化鐵粒子和冷凍保護劑溶液一起被灌輸?shù)狡鞴俚难苤?，再通過快速降溫到零下150攝氏度讓器官實現(xiàn)玻璃化。該玻璃化器官理論上可以保存無限長時間而不發(fā)生任何變化（文中保存最長時間為100 天）。當需要時，器官可以從冰箱中取出，再將其放置在射頻線圈中。而從線圈中流過的交變電流，會產(chǎn)生交變磁場，納米粒子在磁場中發(fā)生振蕩反應，進而在整個系統(tǒng)中產(chǎn)生熱量，并以這部分熱量來加熱器官。

腎臟的玻璃化和納米加熱

“通過這種技術，我們既可以用很快的速度加熱器官，又能達到均勻加熱，這樣就實現(xiàn)了對器官的解凍。解凍之后，我們再把防凍液置換成水，器官便可以用來移植了?！表n宗祜表示。

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期刊封面

據(jù)韓宗祜介紹，器官移植后生物體能否存活，是驗證納米加熱技術最終是否可行的判斷標準。該團隊在大鼠模型上分別移植了五個腎臟器官，成功地證明了腎臟功能的恢復。值得一提的是，這五個腎臟器官的冷凍保存期都不相同，時間范圍在1～100天。

不過，該團隊只觀察了大鼠在30天內(nèi)的健康存活狀態(tài)，因此下一步他們計劃開展更長時間的跟蹤研究。同時，需要指出的是，在進行器官移植手術以后，冷凍凍存過的器官產(chǎn)生的肌酐清除率（注：判斷腎臟是否健康的指標之一），雖然也處于可接受的范圍之內(nèi)，但相較新鮮器官來說還是比較高，因此接下來該團隊也打算繼續(xù)對冷凍、復溫等步驟進行進一步優(yōu)化，以便更好地降低肌酐清除率。