科学家表示，他们首次成功将冷却至 -150°C、并在冰柜中储存数月的猪肾脏重新复温，使其恢复功能。研究团队希望未来能够在人类器官上取得同样的成果。这些猪肾脏的大小与人类肾脏相近。在超低温环境中，它们进入了一种类似玻璃的状态，其中一个肾脏甚至保存了一年多。
经过复温、机器测试以及移植到猪体内后，这些肾脏重新恢复了正常的颜色，并开始产生尿液。这些都是肾脏恢复功能的重要迹象。“10 年前，我不敢说自己真的对这项技术抱有多大希望。”共同领导这项研究的明尼苏达大学移植外科医生埃里克·芬格（Erik Finger）说。“但完成最后一次移植后，我走出手术室，说了一句：‘这可是件大事。’”
这项研究已发布在预印本平台 bioRxiv 上，尚未经过同行评审。这些肾脏并不完美，研究人员也尚未证明它们能够长期维持生命。但其他领域专家认为，这一成果仍然具有里程碑意义。
“谢天谢地，终于有人在一种完整器官上做到了这一点，并证明它确实有效。”冷冻生物学家、Kyros Kairos 联合创始人彼得·基尔布赖德（Peter Kilbride）说。他没有参与这项研究，其公司致力于改善冷冻保存研究的资金支持。多年来，人们一直试图迈出这一步，却屡屡失败。现在，我们终于迎来了突破。”
同样没有参与研究的哈佛医学院生物医学工程师、外科学教授科尔库特·乌伊贡（Korkut Uygun）表示：“他们的工作令人惊叹，将使我们真正有能力无限期地储存器官。器官移植领域正在迎来一场革命。”
为器官移植争取更多时间
仅在美国，每年就有数万例器官移植手术。据估计，过去 25 年间，这些手术累计为患者延长了约 200 万年的生命。
但器官移植仍有很大的改进空间。其中一个主要挑战是可供移植的器官不足。即使找到了可用器官，也很难在 24 至 36 小时内将其送到合适的受者手中。这是目前人类器官保存时间的大致上限。
接受器官移植的患者还必须终身服用免疫抑制药物，以防止身体排斥移植器官。但这些药物会产生副作用，并增加感染和癌症的风险。
如果能够长期储存器官，就有望同时解决上述难题。医生将拥有更充裕的时间，为器官寻找合适的受者。他们也有机会提前为受者及其免疫系统做好准备，从而降低器官排斥的风险。芬格说：“如果真正实现器官长期储存，那么等待关系就会发生逆转：不再是患者等待器官，而是器官等待患者。”
科学家早已能够利用一种名为玻璃化冷冻（vitrification）的技术，将细胞冷却至极低温度。这一过程本质上是让细胞进入类似玻璃的状态。
目前，这项技术已经被用于保存卵子、精子和胚胎。但要让完整器官实现玻璃化冷冻，难度要大得多。其中一些问题可以通过冷冻保护剂解决。这类化学物质的作用类似防冻液，能够防止具有破坏性的冰晶形成。然而，这些化学物质通常具有很强的毒性。此外，要让大块组织快速、均匀地降温十分困难，而要在复温时让整个器官均匀受热，同样不容易。
为解决这一难题，芬格及其同事与明尼苏达大学生物工程师约翰·比绍夫（John Bischof）合作，开发了一种新方法。研究人员先让器官充分吸收冷冻保护剂，再向其中注入氧化铁纳米颗粒。
这些纳米颗粒本身不会对细胞产生作用。但当需要复温器官时，研究人员可以利用电磁场激活它们。在交变电磁场作用下，纳米颗粒会随着磁场变化不断调整自身方向，并在这一过程中释放热量，使热量能够分布到整个器官。
通过调节电磁场的功率，研究团队可以控制升温速度，并在器官温度达到 -120°C 后加快加热过程。2023 年，研究人员发表了一项研究，证明这种方法能够成功用于大鼠肾脏的玻璃化冷冻。当时，他们已经能够将冷冻保存长达 100 天的大鼠肾脏复温，并重新移植到大鼠体内。此后，团队一直试图在更大的器官上取得同样的成功。
猪肾脏被认为是研究人类肾脏的理想模型，因为两者大小相近，外观也很相似。大鼠肾脏的重量约为 1 克，而猪肾脏约为 100 克。但研究进展并不顺利。此前用于大鼠肾脏玻璃化冷冻的保护剂配方，在猪肾脏上的效果并不理想。比绍夫说：“我们不得不重新寻找并调整冷冻保护剂的配方。”
“这就是为什么我们花了 3 年时间。”
将肾脏冷冻至 -150°C
整个过程的第一步，是从供体猪身上取出一颗肾脏。肾脏取出后，研究人员会使用常见的器官保存液冲洗，清除其中的血液。随后，他们将肾脏装袋，暂时放在冷藏箱中的冰层上，再运送到工程实验室。在实验室里，团队成员取出肾脏，将其连接到一台专门设计的设备上，以控制器官的温度和压力。
接下来，他们开始向肾脏灌注由多种冷冻保护剂组成的混合溶液。灌注速度必须足够慢，确保保护剂能够均匀分布到整个器官；但又必须足够快，以尽量减少保护剂的毒性影响。这一过程大约需要 2 个小时。
下一步是注入氧化铁纳米颗粒。芬格介绍，研究人员会让这些纳米颗粒在肾脏内循环灌注约 7 至 8 分钟。随后，便进入冷却阶段。研究人员将低温氮气蒸气注入放置肾脏的腔室，使器官逐渐降温。这是一个需要精细控制的过程。团队必须确保整个器官都在均匀冷却，同时又要尽可能快地降低肾脏温度，以防止冰晶形成。比绍夫说：“通常会有好几个人同时负责不同的操作，以确保整个过程不出差错。”
当器官温度降至约 -120°C、进入玻璃化状态后，情况就发生了变化。芬格解释说：“这时，它的表现就像玻璃一样。到了这个阶段，器官就能够长时间保持稳定。我们认为，理论上甚至可以无限期保存。”
研究团队随后会暂停降温，确保整个器官都已经完全进入玻璃化状态。否则，器官可能出现裂纹。暂停之后，如果一切顺利，肾脏最终会被冷却至 -150°C。
一旦进入冷冻储存设备，它就可以保存数天、数周，甚至数月。研究团队已经将少量肾脏保存了一年以上。
复温后，肾脏重新恢复粉红色
这些肾脏真正的考验，是从冰柜中取出之后。经过复温，并清除其中的化学物质和纳米颗粒后，它们能否重新发挥功能，甚至维持生命？到目前为止，研究团队已经通过几种不同方式进行了测试。在一组实验中，研究人员将复温后的肾脏连接到灌注设备上。
这类设备目前已被用于器官移植手术，既能在器官离体期间为其提供营养，也能帮助医生评估器官状态。在另一组实验中，芬格和同事将复温后的肾脏移植到猪体内，并持续监测了 2 个小时。芬格表示，在这两组实验中，复温后的肾脏似乎都恢复了功能。
他说：“它们很快就重新变成了粉红色。”
评估肾脏功能的方法有很多，但其中一项关键指标，就是肾脏能否产生尿液。按照这一标准，复温后的肾脏表现不错。虽然它们的尿液产量只有正常预期水平的约三分之二，但已经能够恢复排尿。芬格说：“它们大约在 1 分钟内就开始产生尿液。我们知道它们确实能够工作。”
大多数接受复温测试的肾脏，此前只冷冻保存了数天或数周。但其中一颗肾脏已经在冰柜中保存了一年多。当芬格和同事将其复温，并连接到灌注设备上时，他们发现，这颗肾脏“立即”开始产生尿液。芬格说：“实际上，它看起来比其他很多肾脏的状态都要好。”
“现在，我们可以有把握地说，肾脏能够保存一年，并在复温后恢复良好的功能。”
美国得克萨斯州器官获取组织 LifeGift 的总裁兼首席执行官凯文·迈尔（Kevin Myer）表示：“能够保存一年，是一项非常重大的突破。”如果器官能够保存这么长时间，器官移植的方式将发生根本性变化。迈尔设想，未来可以建立专门的器官库，在紧急情况下按需提供器官。例如，对于某些药物过量或枪伤患者来说，等待合适的供体器官可能根本来不及，而长期储存的器官就可能成为挽救生命的关键。
最后的挑战
不过，这项技术距离真正投入实际应用，还有一段路要走。
除了尿液产量低于预期，复温后的肾脏还出现了损伤迹象。研究人员认为，这些损伤似乎是由冷冻保护剂中的化学物质造成的。正如基尔布赖德所说：“这是一项重大突破，但它只解决了一半的问题。”
研究团队已经证明，复温后的肾脏能够恢复血液流动。冷冻生物学家、该领域先驱之一格雷格·费伊（Greg Fahy）认为，这一点“非常重要”。但他也担心器官受损的程度。“仅凭这些实验，我们还无法判断这些肾脏是否真的能够维持生命。”
费伊目前担任生物技术公司 Intervene Immune 和 21st Century Medicine 的首席科学官，同时也是后者的执行董事。不过，他也承认，目前尚不清楚这些肾脏在移植到活体动物体内后，长期表现究竟如何。
芬格同样希望找到修复肾脏损伤的方法。其他研究已经表明，移植器官在灌注设备上维持运行的过程中，其健康状况可能得到改善。此外，受损肾脏在移植到体内后，也可能在一定程度上进行自我修复。
芬格还指出，无论如何，人类肾脏对这一冷冻和复温过程的耐受性，可能比猪肾脏更好。下一步，研究团队将在猪身上开展更长期的肾脏移植试验。与此同时，他们也将与该领域的其他研究人员一道，继续寻找毒性更低的冷冻保护剂。
芬格、比绍夫及其同事还计划利用人类肾脏开展实验。芬格对此保持乐观。他说：“我们会发现，器官仍然存在损伤，整个过程也并不完美……但现在，我们终于走到了技术能够真正发挥作用的阶段。”
“这些都是我们领域具有历史意义的重大里程碑，我们对此感到非常兴奋。”
原文链接：
https://www.technologyreview.com/2026/10/15/1146091/pig-kidneys-that-were-frozen-for-a-year-have-been-brought-back-to-life/
