生物工程:科学家如何用活猪修复人肺损伤?

神译局 · 2021-01-14
文中有肺部解剖图,可能引起部分读者的不适,请慎重阅读。

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编者按:根据相关数据,每年捐赠的肺部器官只有少部分能正常实现移植,从而拯救生命。大部分肺部器官在运输和保存的过程中都会受到不同程度的损坏。不过,根据美国《自然医学》杂志的一篇文章,科学家们尝试将受损的人肺与活猪的循环系统连接后,肺部出现了明显恢复。这一发现如果得以投入应用,或将为新冠疫情中需要移植肺部的病人提供重生的机会。本文来自Medium,作者Emily Mullin,原文标题Hooking Up Human Lungs to Pigs Could Save Them for Transplant

提醒:文中有肺部解剖图,可能引起部分读者的不适,请慎重阅读。

本文来自Unsplash|摄影Benjamin Wedemeyer

划重点:

1.根据2020年数据,在美国,所有捐赠的肺部器官中仅有20%真正适合给病人移植。

2.该实验的核心在于将未达到器官移植要求的受损人肺,通过与活猪的交叉循环进行恢复,再用于手术移植。

3.新冠疫情之下,需要移植肺部的病人数量极有可能增加,这一方法可以扩大可移植肺部器官的数量,从而拯救更多生命。

难保存的肺部器官

捐赠的肺部器官寿命很短。肺部从捐赠者躯体上切除后,需要争分夺秒地运送到目的地,才有可能让受捐者用上。这种细腻的海绵状器官只能保存六至八小时,而且还要和受捐者匹配才行。

人在死亡之后,肺部通常会受到损害,出现发炎或者充溢液体的现象。因此,在捐赠的肺部器官中,仅有20%真正适合移植,这一数据远低于其他器官。在美国,需要进行肺部移植的病人数量不少,这些人可能要等几个月甚至几年才能等到一个“合适的肺”。

哥伦比亚大学和范德堡大学的研究人员希望能改变这一现状,延长肺部器官在脱离人体后的存活时间。经过研究发现,将肺部移植到猪的身上可以让肺存活长达24小时,这一发现将间接挽救更多生命。2020年7月13日,研究人员将相关发现发表在了《自然医学》杂志上。

面对媒体,哥伦比亚大学生物医学工程和医学教授戈尔达娜·冯雅克·诺瓦科维奇(Gordana Vunjak-Novakovic)说:“我们发现(通过这一方法)可以修复肺部,改善肺部的相关功能。”

英国南曼彻斯特大学医院的移植科学家詹姆斯·菲尔德斯(James Fildes)并未参与这项研究,但他评论说:“这种方式非常新颖,而且非常有保障。肺部移植手术中最大的挑战在于需要尽可能短地运送器官。中间耽搁的时间越长,肺部的各类功能损害越大。”最后,还要看肺部器官和病人是否匹配,只有时间和匹配度都合适才有可能完成移植。

从“盒子里的肺”到“猪身上的肺”

根据相关文件,美国在2018年进行了2562例肺部移植,在过去五年中这一数据增长了31%。

尽管移植人数有所增加,但仍有365名患者在等待肺部器官的过程中死去。而且受疫情的影响,需要肺部移植的人数将会大量增加。根据目前已经掌握的信息,新冠病毒会损害肺部,而且在某些情况下会造成长期损害。2020年6月,一名二十多岁的健康女性接受了肺部移植,成了因新冠病毒首个接受肺部移植的病例。

当前采用的肺部器官“保鲜”法被称为“盒子里的肺(Lung in a box)”。具体来说,是将肺放在一个无菌的塑料圆盒中,为盒子里源源不断提供氧气和营养。但不是所有的肺都可以通过这种方式运输。

用活猪修复人肺的实验背后是一个25人的科学团队,由范纳克·诺瓦科维奇(Vunjak-Novakovic)和范德堡大学外科副教授马修·巴切塔(Matthew Bacchetta)领导。他们希望找到一种新方法来保存肺部器官。

巴切塔阐述自己的思路:“我们的想法是,至少暂时保住这些器官(肺),让他们从可逆的损伤中恢复过来,然后再将其用于移植。”

研究人员一共获得了六对被认定是“不适合进行移植”的肺部。他们将每个肺放在干净的塑料箱里,塑料箱与呼吸机相连。接下来他们将活猪麻醉,然后把肺和猪的循环系统相连(具体来说就是将肺部的主要血管插在猪脖子的两侧),从而使猪的血液流经肺部再流回,形成交叉循环。

在和活猪循环系统连接24小之内,受损的肺部开始恢复。

在实验之前,单片肺叶出现发胀、水肿的情况。许多移植中心拒绝接受这个器官,因为它已经脱离人体22小时,现有的“盒子法”也没能达到保鲜效果。但是在和活猪相连后,这个肺叶达到了移植标准。

左图是已经受到损害、被拒绝移植的肺部,右边是和活猪循环系统连接后得到恢复的肺部,虚线里是损害区域的恢复情况|图片来自《自然医学》杂志及Medium

在先前的研究中,范纳克·诺瓦科维奇和马修·巴切塔已经用相同的方法对猪肺进行了研究,结果是受损害的猪肺得以恢复,并且可以在体外坚持4天。

为病人提供更多机会

他们表示,这种方法本质上是在模拟人体自然修复机制。如果人类的肺也能坚持这么久,那么这个领域将会得到彻底改变。此外,除了肺部器官,研究人员也在考虑用相同的方法修复四肢及其他器官,比如肝脏或者肾脏。

马修·巴切塔说:“替补名单上的很多人已经去世了,我们非常希望这些捐赠的器官可以移植到更多人身上。如果我们能增加器官的修复率,那么就能为更多人提供移植机会。”

马修·巴切塔表示,目前这项研究有两种可能的应用。要么用活猪和捐赠的肺相连,要么直接用病人和肺相连。范纳克·诺瓦科维奇解释说,如果用前一种方法,可能存在以下风险:滞留在肺部的猪细胞会引起病人的免疫反应,使病人身体对移植的肺产生排斥作用。而且活猪体内的病毒也可能通过这种方式进入人体。

基于这样的风险,马修·巴切塔认为将肺和病人的循环系统直接相连会更加安全。洛杉矶加利福尼亚大学心脏和肺移植项目的外科主任阿巴斯·阿德哈里(Abbas Ardehali)说,第二种技术看起来很有保障,但也存在一定的挑战,因为我们不清楚病人是否能像健康的活猪那样支持和修复器官。

阿巴斯·阿德哈里说:“您可以想象,健康人不需要移植肺,需要移植肺的通常都是病人,很难保证他们能在身体状况不稳定的情况下成功度过这个(修复)过程。”

研究人员表示,在用人体循环系统修复肺部之前,他们还会研究更多的肺部,试着延长保存时间,同时确保这一方法不会对活猪或者器官有副作用。如果他们最终能完善这项技术,那么可能会扩大捐赠器官的供应量。

在上述的“活猪”保存法之外,研究人员已经找到了一些扩大肺部器官供应量的方法。比如检测出丙肝阳性的肺部经过药物治疗后可以移植到病人体内,而“盒子法”可以保留一些不太新鲜的肺部器官。

与此同时,科学家们还在积极探索更多更加“科幻”的方法,比如利用干细胞在实验室里培育人造肺部,并将其改造成人类可以移植的类型。但这些方法目前还难以应用。马修·巴切塔两位科学家研究的“活猪”保存法目前也无法投入使用,需要在未来进行更多测试。

但在疫情肆虐的情况下,对可以移植肺部的需求变得越发迫切。阿巴斯·阿德哈里表示:“我们尚不清楚被新冠病毒感染的美国人中究竟有多少人需要进行肺部移植手术。(不过)在未来几个月,肺部移植的需求很可能会像海啸一样袭来。”

译者:Michiko

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