2011年8月第5卷第3期Chin J Transplant(Electronic Edition ・41 ・ ・综述・ 器官保存技术新进展 赵闻雨 曾力 朱有华 【摘要】 随着器官移植医学的飞速发展,对器官保存的要求也越来越高,特别是在目前供 者短缺的情况下临床大量应用边缘供者和心死亡供者,这对传统的器官保存技术提出了新的要 求。器官保存领域的最新进展主要体现在保存液的改进和保存技术的发展方面,开发高效、价廉 且适合我国国情的多器官保存液将是近期我国器官移植界的主要任务之一。 【关键词】器官保存;保存液;机械灌注;保存技术;器官移植 Perspectives in organ preservation technology ZHAO Wen—yu,ZENG Li,ZHU You—hua.Organ Transplantation J珊疵 e of People's Liberation Army,Changzheng Hospital,the Second Military Medical University,Shanghai 200003,China Corresponding author:ZHU You—hua,EmaiZ:zhuyouhua@126.con 【Abstract】With the global shortage of transplantable organs,traditional organ preservation methods have been challenged.It is questionable whether traditional methods could maintain the vibiality of organs retrieved from marginal and non—heart—beating donors.The recent advances in organ preservation are the modification of solutions and emergence of novel preservation techniques.In China.we should focus on the development of solutions for multiple organ preservation at the present stage. 【Key words】Organ preservation;Presevartion solution;Machine perfusion; Preservation technology; Organ transplantation 器官移植是2O世纪人类医学科学的重大进展, 自从20世纪60年代开始在临床开展以来,移植医 学得到了突飞猛进的发展。器官移植已经成为21 世纪医学发展的主要方向之一,是治疗终末期器官 衰竭唯一有效的根治手段。 方式,而器官保存液在单纯低温灌洗保存技术中 处于核心地位¨J。目前常用的器官保存液有uw (University of Wisconsin)液、HTK(histidine-tryptophan— ketoglutarate)液和Celsior液,其中uw液是器官保存 液的“金标准”。但是随着对器官保存过程中组织 和细胞损伤分子机制的进一步认识,对器官保存液 任何临床器官移植首先要有高质量的供者,这 是器官移植成功的先决条件和根本保障。因此器官 的要求也越来越多。针对传统保存液缺陷的改良, 并加入新的保护机制,一批新型器官保存液逐步应 用于临床。 1.1 Polysol液 保存一直被视为移植医学的三大支柱之一,是器官 移植学的基石。随着器官移植领域的飞速发展,对 器官保存的要求也越来越高:从单器官保存至多器 官保存,从单纯的保存发展为集保存与治疗于一体, 特别是在目前供者短缺的情况下,临床大量应用边缘 供者和心死亡供者(donor after cardiac death,DCD)器 Polysol液是由荷兰阿姆斯特丹大学2005年研 发的新型细胞外液型多器官保存液 J。基于低温 时器官仍存有代谢的理论,该保存液以“代谢支持” 为基础,含有较多的氨基酸、维生素和抗氧化剂,并 用聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)35 kDa 官,这对传统的器官保存技术提出了更高的要求。现 针对器官保存技术的最新进展作一综述。 1 单纯低温灌洗保存技术 (34 723.5 U,20 g/L)替代了uw液中的羟乙基淀 单纯低温灌洗保存是目前最主要的器官保存 DOI:10.3877/cma.j.issn.1647-3903.2011.03.012 粉。在临床应用中发现Polysol液对肾、肝和小肠均 有很好的保存效果 J,其中对肝的保存效果要优 于HTK液,与uw液类似。 作者单位:200003上海,第二军医大学附属长征医院全军器 官移植研究所 通讯作者:朱有华,Email:zhuyouhua@126.con 1.2 IGL.1液 IGL一1(Institute Georges Lopez)液是由法国里昂 中心2002年开发的多器官保存液,该保存液在uw ・42・ 2011年8月第5卷第3期Chin J T 液的基础上进行了改良,采用高钠离子、低钾离子的 离子浓度,同时用PEG 35 kDa(1 g/L)替代羟乙基 淀粉,其余组成与uw液基本相同_6]。研究表明, 该保存液在肝和肾保存中优于uw液,是uw液的 升级换代产品E7-8]。 1.3 SCOT液 SCOT(solution de conservation des organes et des tissus)液是由法国普瓦提埃大学2006年开发的 多器官保存液,采用了高钠离子、低钾离子浓度的仿 细胞外液型离子组分,并采用PEG 20 kDa(19 842 U, 30 g/L)作为保存液的胶体成分。动物实验显示,该 保存液在肾、肝、胰岛移植中均表现出优于uw液的 保存效果,目前已应用于临床肾保存_9j。 1.4 Kyoto液 Kyoto液是一种仿细胞外液型多器官保存液,由 日本京都大学研发,最初临床用作肺保存液_】 。该 保存液采用了海藻糖和葡萄糖酸作为非渗透性分 子,有效减轻了器官的细胞水肿,可替代uw液中昂 贵的木棉糖和乳糖醛酸。目前,该保存液已用于临 床肺和肾保存,保存效果优于uw液¨。。 J,而其在肝、 胰腺和小肠保存中的应用尚处于研究阶段 J。 1.5气体分子在器官保存中的应用 气体分子在器官保存中的应用是目前研究的热 点之一。研究表明,除了传统的氧气外,一氧化碳、一 氧化氮、硫化氢和氢气等一批重要的气体信使分子, 通过供者吸人或气体灌注等方式,可减轻移植物缺血 再灌注损伤 J。其中一氧化碳释放分子(carbon monoxide—releasing molecules)是当前国外研究的热 点,该分子属于过渡金属羰基化合物,能在生理条件 下以可控制的方式释放一氧化碳¨ 。动物实验研 究表明,保存液中添加一氧化碳释放分子可显著减 轻肾、肝和心脏的缺血再灌注损伤,具有重要的临床 应用价值 J。 除此之外,2010年日本学者Hatayama等_2 创 新性地提出了“气体保存”的概念,他将离体大鼠心 脏悬挂在充满一氧化碳、二氧化碳、氧气和氦气混合 气体的高压密闭容器中,在4℃条件下保存72 h 后,再行大鼠异位心脏移植取得了成功。该技术为 传统的器官保存技术开辟了一条新的思路,值得进 一步研究。 2持续机械灌注保存技术 2.1低温机械灌注保存 自1968年Belzer等 首次报道用冷沉淀血浆 和Belzer灌注系统保存人肾17 h并成功进行移植 以来,持续低温机械灌注(hypothermic machine perfusion,HMP)保存移植器官技术受到全世界移植 医学界的重视。目前,由于大量边缘供者和DCD的 器官用于临床,传统的器官保存技术已无法满足需 要,而持续HMP则是保存边缘供者移植器官的一种 合理方法。与最初的Belzer系统相比,目前的HMP 系统正在向小型化、便携化、多功能化发展,但其基 本工作原理并无变化。 目前HMP主要用于肾的保存,但对于HMP是 否可以减少移植肾功能延迟的发生率和延长移植肾 的存活时间还存有争议 。与肾相比,HMP应用 于肝保存的研究较少,由于肝在血液供应、组织细胞 结构和生理代谢等方面与肾有较大的差异,目前 HMP在肝保存中的应用尚不成熟,但国外学者已进 行了有益的尝试。Pienaar等 应用门静脉脉冲式 HMP技术成功保存犬肝72 h,而Guarrera等 则应 用HMP技术成功进行了20例人体肝移植,这也是 目前文献可查询到的唯一的人体应用研究。 2.2常温机械灌注保存 虽然HMP可有效保存边缘供者移植器官,但低温 不可避免导致移植器官的损伤,因此国外学者在HMP 的基础上开发了常温(37℃)机械灌注(normothermic machine perfusion,NMP)保存技术。由于对温度和 供氧的要求较高,NMP系统在HMP的基础上增加 了温度控制和氧合系统。NMP最初采用的灌注液为 自体血液,而目前主要为血红蛋白溶液或氟碳溶液。 对于NMP的临床应用,国外学者提出了“器官复 苏”的概念,即在移植器官单纯低温保存的终点,应 用NMP系统对器官进行2~4 h的持续灌注 。动 物实验表明,该技术可有效减轻移植器官低温损伤, 提高移植器官活力并改善其移植后的功能恢复 。 2.3亚常温机械灌注保存 与HMP相比,NMP虽可有效减轻低温造成的 移植器官损伤,但其复杂的技术和庞大的设备限制 了其在临床中的应用。而亚常温(20~30℃)机械 灌注(subnormothermic machine perfusion,SNMP)保 存则可结合上述两种技术的优点,既避免HMP的低 温损伤,又可简化NMP中因温度控制和供氧需求而 导致的系统复杂化。201 1年Tolboom等 在大鼠 肝移植模型中证实SNMP对肝有良好的保存效果, 可有效减轻缺血损伤。目前对SNMP的研究尚处于 起步阶段,其保存效果尚需大量研究证实。 2011年8月第5卷第3期Chin J Transplant(Electronic Edition),August 2011,Vol 5,No.3 ・43・ 3 DCD器官相关保存技术 4结语 相较于脑死亡供者,DCD器官的热缺血时间相 对延长,组织缺氧、缺血再灌注损伤也较严重。因此 需要相应的保存技术以减少热缺血损伤。 3.1胸外按压器 目前随着边缘供者和DCD在临床中的逐步应 用,对应的器官保存技术也相应地发展起来。目前 器官保存技术的发展呈现两个极端:一是保存液的 发展较缓慢,未能出现具有突破意义的新保存液,但 对于DCD,心脏停搏后的心肺复苏能通过增加 是对于以往保存液改进与添加物的研究却有许多新 进展;二是保存技术方面则发展较快,出现了一批如 器官循环血量、减少热缺血损伤而达到类似器官保 存的效果。徒手心肺复苏主要能增加冠状动脉及脑 灌注,并使少量血液流向内脏器官。此后出现的自 NMP、SNMP、原位保存和ECMO等适用于边缘供器 官和DCD器官的新保存技术。但是这些技术多应 动胸外按压器,能提供更高的主动脉压力,使得内脏 器官有更好的灌注,从而减少缺血损伤,获得更好的 移植后功能 。一项在法国进行的研究表明,通过 对DCD使用自动胸外按压器,DCD供肾的移植率 提高了10%,肾移植后89%的受者6个月移植物存 活情况良好 。 3.2原位保存 目前移植中心多使用双囊三腔(double—ballnoon triple lumen,DBTL)导管进行DCD器官的原位保 存。这种微创技术一方面技术本身较简单,另一方 面对术者操作经验要求也不高。医师宣告患者死亡 后,即可开始原位器官保存措施:DBTL导管从股动 脉进入至主动脉,腹段气囊在部分膨胀后,拉回导管 至主动脉分叉处,气囊完全膨胀。这时可从管中抽 出血液用于检查。胸段气囊放置于肾动脉之上,待 完全膨胀后,灌注系统与导管相连以输注低温保存 液或含氧血液直至完成供肾摘取 。 3.3体外膜肺氧合 体外膜肺氧合(extracorporeal memberane oxygenation,ECMO)是一种提供临时的循环支持及 全身氧合作用的装置,可用于存在难以用常规机械 通气与呼吸支持得到充分改善的可逆性呼吸衰竭的 患者。在器官保存领域,ECMO可使供器官恢复常 温以及在供者心脏停搏后为器官提供含氧血液,并 在从供者死亡到获取器官这段时间内为供器官提供 灌注。具体操作是将该装置套管从腹股沟处的切口 或直接经皮置入股动脉、股静脉内,导管与离心泵及 供氧装置相连。整个回路中还包括一个热交换器调 整血液温度。同时通过一根经对侧股动脉置入的气 囊导管阻断胸主动脉而防止心脑灌注 3 。研究表 明,通过这一技术,DCD与脑死亡供者肾移植后1 年和5年移植肾存活率相当,分别达到87.4%和 82.1%[361 用于腹部器官尤其是肾的保存,且多数尚处于动物 实验阶段,临床应用研究尚缺乏。因此需进一步加 强临床应用方面的研究,同时完善对心脏、肺、胰腺 等器官的保存研究。 我国心死亡器官捐献工作尚处于起步阶段, DCD器官保存技术的研究还较薄弱,同时由于我国 经济条件和技术设备的限制,持续机械灌注保存技 术在短期内尚无法广泛开展,因此进一步探索器官 保存的原理,开发高效、价廉且适合我国国情的多器 官保存液将是近期我国器官移植界的主要任务之 一。但从长远来看,持续机械灌注保存技术是未来 发展的方向,我国学者应逐步加强相应技术的研究 和设备的开发。 参考文献 1 McAnuhy-TF.Hypothermie organ preservation by static storage methods:current status and a view to the future[J].Cryobiology, 2010,60(Suppl 3):S13一¥19. 2 Bessems M,Doorschodt BM,van Vliet AK,et a1.Machine perfusion 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