向人体冷冻再进一步：器官复苏新方案

为了解决这些障碍，来自明尼苏达大学的研究团队开发了 “纳米复温”技术，通过从器官内部和整个器官产生热量，而不是仅仅在其表面产生热量。该研究首次展示了玻璃化和纳米复温器官的物理和生物学成功。在纳米复温和移植后，肾脏功能得到完全恢复，移植的器官维持了受体动物的生命。该研究以“Vitrification and nanowarming enable long-term organ cryopreservation and life-sustaining kidney transplantation in a rat model”为题发表在《nature communications》上。

在纳米复温中，氧化铁纳米颗粒（IONPs）与冷冻保护剂（CPA）溶液一起灌注到整个器官的血管中。器官被玻璃化，然后将其置于射频（RF）线圈中，从流经线圈的电流中诱导出交变的磁场，从而按需进行复温。磁场在纳米颗粒中产生振荡反应，在整个系统中产生热量。

值得注意的是，由于所使用的射频频率可以穿透组织而不产生衰减，因此纳米复温率不取决于系统的大小或边界条件。此外，毛细血管内的灌注允许CPA和IONPs的充分均匀输送，而不受器官大小的影响。因此，纳米复温在本质上是可以扩展到人类大小的器官进行临床转化的。重要的是，由于IONPs保留在器官的血管中，它们可以在CPA灌注卸载时被洗掉。
 

纳米复温的概述

图1显示了肾脏玻璃化和纳米复温过程的概况。

图1.纳米复温的概述。图中描述的是纳米复温程序的顺序： （1）从捐赠者身上取回肾脏；（2）装入冷冻保护剂（CPA）和氧化铁纳米颗粒（IONPs）；（3）快速冷却到玻璃化状态；（4）储存在-150℃直到需要；（5）在射频（RF）交变电磁场中快速和均匀地复温；（6）卸下CPA和IONPs；最后，器官可以通过常温机器灌注评估（7A）或移植（7B）。

图2.肾脏的玻璃化和纳米复温。（a）CPA浓度、灌注压力、动脉流速，以及CPA和IONPs在大鼠肾脏加载和随后卸载过程中的温度曲线。（b）从融化温度以上（Tm = -40.8℃）冷却到刚刚超过玻璃转化温度（Tg = -128.3℃）的退火步骤，最后缓慢冷却到玻璃化区的代表性热曲线。蓝色阴影区域是形成冰的风险区。内页是冷却速率和临界冷却速率。（c）在纳米升温过程中的代表性热历史，再升温率和临界升温率（红色虚线，CWR=50℃）。代表性的照片（d）和通过微型CT（e）获得的玻璃化的VMP加载的肾脏的伪彩色图像。代表性的照片（f）和通过显微CT获得的伪彩色图像（g）的玻璃化的VMP + IONP负载的肾脏。伪色标显示Micro-CT图像的辐射密度。HU：Hounsfield单位；Tg：玻璃转化温度；Tm：融化温度。


从组织学上看，纳米复苏的肾脏与只用VMP处理的肾脏相似，比只用VS55的肾脏好得多（图3）。
图3.纯CPA处理和CPA加纳米复温的肾脏的组织学外观。用CPA（VS55-only和VMP-only）和玻璃化及纳米复温（N-W）处理后的肾皮质和髓质的组织学变化（H&E）与未处理的新鲜对照组相比。

肾脏纳米复温和纳米复温后评估
为了评估纳米复温肾脏的功能，我们利用常温机器灌注（NMP），用含氧的无细胞血液替代品（Krebs-Henseleit Buffer）灌注肾脏（图4a）。对于多项测试，从最好到最差的趋势是新鲜对照、24小时冻存、只用VMP和纳米复温，然后是只用VS55，其表现最差（图4、图5）。