器官移植技术的出现为许多疾病带来了最后一线生机，但能够抓住这丝机会的人却少之又少。实际情况，有超过60%的捐赠心肺从未及时触及受捐者，根据世卫组织的估计，只有10%需要器官移植的人真正接受了手术。
最大的困扰之一是，器官的“保鲜期”实在太短了。
(资料图片)
离开供体之后，心脏需在4-6小时内连接到新的血供以避免不可逆的损伤，肝脏能坚持8-12小时，肾脏也不过1天。
虽然1949年就有研究开始尝试使用冷冻的方法来保存器官和组织，但是仍存在问题——“冻”的过程中，器官内水分形成冰晶损伤组织，而“化”的时候也会导致类似的问题。
#熟练的厨房嚯嚯者回忆起了一些化成一滩沫沫的冻菜
近期，一篇发表于《自然·通讯》杂志的论文给冷冻器官提出了新的解决方案，研究者们使用保护液使器官在冷冻过程中“玻璃化（vitrification）”、防止损伤，并在其中加入了氧化铁纳米颗粒，后续可通过射频线圈形成的交变磁场快速、均匀地复温。实验中，在-150℃下冻存100天的大鼠肾脏，仍旧可以完成移植，功能与原装器官几乎无异。
有朝一日，或许我们也可以使用类似的技术冷冻整个生物体，并见证一场真正的“起死回生”。
论文题图
《科学》杂志封面专题对这项研究进行了报道，文中也提及了目前其他正在尝试的冻存器官方法，我会在后文给大家简要介绍。
冻存器官的难点来自“冻”和“化”两方面。
冷冻过程中，水分子从无定形的流体变成了刚性的晶体，锋利的冰晶会像刀一样刺穿细胞；同时，细胞液中的盐也会在最后冻结的部位高度浓缩，导致生物毒性。
这方面的难点率先被玻璃化（vitrification）解决。使用高浓度的冷冻保护剂（CPA）和较快的冷冻速度，组织中的水分子难以聚集形成晶体，最终形成的是坚硬、光滑、玻璃状的物质，不会结冰。
在复温时，如果升温速度过慢，在组织接近冰点的时候，同样会产生冰晶；而加热方法如果不够均匀，组织膨胀收缩产生的应力也会破坏组织。
为了解决这个问题，研究者们开发了一种“纳米复温（nanowarming）”技术，在添加保护剂时，在其中加入氧化铁纳米颗粒（IONP）一起完成玻璃化，复温时则将冻存器官放在射频线圈中，电流会产生感应磁场，通过器官中的铁粒子产热。
保护剂通过毛细血管均匀灌注到器官内，由于射频电场会无衰减穿透组织，所以保证升温速率的同时加热也很均匀。这意味着临床转化的价值。
纳米复温全过程
实际实验中，冷冻至-150℃的器官，在这套系统下的复温速度能够达到72±8℃/min，而且复温后的大鼠肾脏还具有正常的生理功能，与新鲜的对照组差别不大。
研究者使用-150℃冻存100天的大鼠肾脏进行了移植，受体已经移除了天然器官，所以动物的肾功能和存活都依赖移植器官。
可见纳米复温后的肾脏外观非常正常，组织学与新鲜对照几乎无异，而在4℃下保存60小时的对照组织已经出现了明显的肿大外观和充血、瘀斑等损伤。
冻存移植器官的外观特征
术后，大鼠顺利活过30天的研究期，纳米复温肾脏移植鼠血清肌酐水平略有升高，高血钾症、代偿性酸中毒等代谢功能障碍指标也有升高，但基本在2周内恢复正常水平。在30天时检测肾功，纳米复温肾脏与原装肾脏表现无统计学差异。
玻璃化的肾脏
其他实验室的科学家们还在尝试更加简单的方法。
有研究者们发现，一种林蛙会在低至-16℃的环境中产生大量的葡萄糖来作为内源的冷冻保护剂，同时组织内抗氧化剂水平增加防止损伤，而其血液中的特殊蛋白质还能够诱导冰晶在较为结实的脉管系统中生长以防破坏其他组织。
研究者已经尝试使用合成糖来保存人类肝脏，将人类肝组织在-4℃下的保存时间延长到了27小时。结合一种常用的结晶剂snomax（造雪用的那种），可以让组织在-5℃下冻存15天。
Rana sylvatica可在极地冷冻下存活数月
另一组研究者尝试在密闭容器中冷冻器官，当水分接近冰点时，膨胀的体积会增加容器内的压力，这会限制冰晶的形成。
使用这种方法，他们已经成功将猪心在-4℃下冻存21小时，并完成了复温和移植。这种方法能够减少冷冻保护剂的使用，减少毒副作用。
而且拿来保存食物也不错啊！！！研究者们把西红柿浸在糖水中，用密封容器在-2.5℃下冻存了1个月，西红柿看起来就像刚采摘的。
由于这种方法运行温度比常用的储存冷冻食品的温度更高，有研究者估算，全球范围内广泛推行这种保存方法能够每年节约能源约60亿千瓦时，相当于拉脱维亚一年的耗电量。
当然，无论是贼拉保鲜的西红柿，还是低温冻存的移植器官，乃至能支持漫长太空旅行的冷冻仓，距离我们都还有点远呢。
参考资料：
[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
