Pig kidneys that were “frozen” for a year have been brought back to life

被“冷冻”一年的猪肾脏重获新生 | MIT Technology Review

生物科技与健康

被“冷冻”一年的猪肾脏重获新生

未来人类器官也可能实现安全储存以备移植。

作者

• Jessica Hamzelou 档案页

2026年10月15日

Stephanie Arnett/MIT Technology Review | Adobe Stock

执行摘要

科学家表示，经过冷却至-150°C并在冷冻环境中储存数月的猪肾脏首次成功复温并恢复功能。他们希望未来能在人类器官上复现这一成果。这些与人类肾脏大小相近的肾脏在某些情况下被保持在类似玻璃态的超低温状态超过一年。在完成复温、机器测试并移植到猪体内后，这些肾脏重新恢复了颜色并开始排尿——这是其功能恢复的关键标志。

“十年前……我不会说对此有很高的期待能真正成功，”明尼苏达大学移植外科医生Erik Finger表示，他领导了这项研究。“在完成最后一次移植后，我走出房间时说：‘这是一项重大突破。’”这项研究已发布在预印本平台bioRxiv上，尚未经过同行评审。

这些肾脏并非完美无缺，研究人员尚未证明它们能长期维持生命。但领域内其他专家表示，这一成果代表了重要的里程碑。

“感谢上帝，终于有人成功在单一器官上实现了这一突破并证明其有效性，”未参与该研究的低温生物学家Peter Kilbride表示，他同时也是专注于改善低温保存研究资金的公司Kyros Kairos的联合创始人。“多年来人们不断尝试却屡屡失败，如今我们终于迎来了这一突破。”

哈佛医学院生物医学工程师、外科教授Korkut Uygun表示：“他们的工作令人惊叹，将使我们真正实现器官的无限期储存。”他同样未参与该研究。“移植领域正迎来革命性的时刻。”

赢得时间

仅在美国，每年就有数万例器官移植手术。据认为，过去25年中这些手术挽救了200万人年的生命。但仍有很大改进空间。

一个主要挑战是可供移植的器官严重不足。即使有器官可供移植，也往往难以在24至36小时内将其送到合适的受体——这目前是人类器官保存的时限。

接受器官移植的患者一生都需要服用免疫抑制药物，这些药物旨在防止身体排斥新器官。但这些药物会带来副作用，并增加感染和癌症风险。

实现器官长期储存的潜力有望解决所有这些挑战。医生将有更多时间匹配器官与受体，也能通过提前准备受体及其免疫系统来降低器官排斥风险。

“真正的器官储存技术……将不再是患者等待器官，而是器官在等待患者，”Finger表示。

科学家们通过一种称为玻璃化的过程，能够将细胞冷却到超低温，这一过程本质上是将它们转化为类似玻璃的物质。这种技术目前已用于存储卵子、精子和胚胎。而对整个器官进行玻璃化则要困难得多。

一些问题可以通过冷冻保护剂来避免——这些化学物质的作用类似于防冻剂，能防止有害的冰晶形成。但这些化学物质往往具有极强的毒性。此外，快速且均匀地冷却大块组织也颇具挑战性，同样地，让器官整体均匀升温也十分困难。

在明尼苏达大学生物工程师John Bischof的协助下，Finger及其团队提出了一种解决方案。在将器官注入冷冻保护剂后，他们还会向其中注入氧化铁纳米颗粒。这些纳米颗粒对细胞本身没有影响。但当需要对器官进行升温时，可以通过电磁场激活它们。

当该电磁场的射频在两种状态之间切换时，纳米颗粒也会随之翻转，重新与磁场对齐。这一过程会使它们在整个器官中释放热量。通过调节磁场的功率，团队可以控制加热速率，使器官在达到-120°C时加速升温。

研究人员在2023年发表的研究中，成功利用这种方法对大鼠肾脏进行了玻璃化处理。当时，他们能够将冷冻保存长达100天的肾脏移植到大鼠体内。

此后，团队一直在尝试将这一成果应用于更大的器官。猪的肾脏被认为是对人体肾脏的良好模型——它们的大小和外观都相似。大鼠肾脏重量约为1克；猪的肾脏则约为100克。

这一过程并不容易。用于玻璃化大鼠肾脏的冷冻保护剂在猪器官中效果不佳。"我们必须重新发现并调整配方，"Bischof表示。"这就是为什么花了我们三年时间。"

深度冷冻肾脏

该过程的第一步是从供体猪身上取出肾脏。取出后，肾脏会被用常用的器官保存液冲洗以清除血液，然后装袋并暂时放在冷却器的冰床上，以便运送到工程实验室。

在那里，团队成员会取出肾脏并连接到他们设计的设备上，该设备用于控制器官的温度和压力。随后，他们开始缓慢地向肾脏中注入冷冻保护剂混合物，以确保其在器官中均匀分布，同时又足够快速以减少毒性影响。整个过程大约需要两个小时。

下一步是向器官中注入氧化铁纳米颗粒，据Finger介绍，这一过程需要通过器官持续约七到八分钟。然后，团队开始通过向容纳肾脏的容器中泵入冷氮气蒸气来冷却器官。

这是一个精细的过程，团队必须确保器官整体均匀降温。同时，他们必须尽可能快速地降低肾脏温度以防止冰晶形成。"通常会有多个成员同时进行不同操作，以确保一切顺利，"Bischof表示。

当器官达到约-120°C的玻璃化状态时，"它会表现出类似玻璃的特性，"Finger表示。"在这一点上，可以长期保持稳定——我们认为可以无限期保存。"团队随后会暂停冷却过程，以确保整个器官都达到玻璃化状态。否则，器官可能会出现裂纹。

冷冻保存后的肾脏在恢复过程中表现出良好功能

暂停冷冻后，如果一切顺利，肾脏最终会被冷却至-150°C。一旦进入冷冻库，肾脏可以在此保存数天、数周甚至数月。研究团队已成功将少量肾脏冷冻保存超过一年。

恢复血色

这些冷冻肾脏的真实考验在于取出冷冻库后，能否重新升温并排出化学物质和纳米颗粒。它们是否能支持生命？到目前为止，研究团队已通过多种方式测试了这些肾脏。

在一组实验中，研究人员将复温后的肾脏连接到灌注设备——这种设备目前已用于移植手术中，既能为器官提供营养，也能帮助医生在器官离体时进行评估。

在另一组实验中，Finger及其团队将复温后的肾脏移植到猪体内，并持续监测了两个小时。在所有实验中，复温后的肾脏似乎都恢复了功能。Finger表示："它们重新恢复了血色。"

研究团队观察到复温后的移植肾脏出现了血流，使肾脏"重新恢复血色"。

COURTESY OF THE RESEARCHERS

评估肾脏功能有多种方式，但关键测试之一是肾脏能否产生尿液。根据这一指标，复温后的肾脏表现良好，尽管产生的尿量仅为正常水平的三分之二。Finger表示："它们在一分钟左右就能产生尿液，我们确认它们确实正常工作。"

大多数复温肾脏都已冷冻保存数天或数周。但其中有一个肾脏在冷冻库中保存了超过一年。当Finger及其团队将其复温并连接到灌注机时，发现它"立即"开始产生尿液。Finger表示："它的表现实际上比许多其他肾脏都要好。我们现在可以确信，将肾脏冷冻保存一年后复温，仍能保持良好的功能。"

"能够实现一年的冷冻保存意义重大，"LifeGift器官采购组织（总部位于德克萨斯州）的总裁兼首席执行官Kevin Myer表示。这种技术将彻底改变器官移植领域。他设想未来可以建立器官储备库，在紧急情况下（如某些药物过量或枪伤等无法等待的病例）按需使用这些器官。

最后障碍

但这项技术尚未完全成熟。除了尿液产量低于预期，复温后的肾脏还显示出损伤迹象。研究人员表示，这种损伤似乎是由冷冻保护剂引起的。

Kilbride表示："这是解决了一半问题的重大突破。"

研究团队已经证明复温后的肾脏能够恢复血流，低温生物学家Greg Fahy（该领域的先驱）表示这"非常重要"。但他也担心器官损伤的程度。"我们无法从这些实验中判断这些肾脏是否真的能够支持生命，"Fahy表示。

作为生物技术公司Intervene Immune和21st Century Medicine的首席科学官（同时也是后者执行董事），Fahy承认目前尚不清楚这些肾脏在长期植入活体动物后会表现如何。

Finger 也希望能找到修复肾脏损伤的方法。其他研究表明，移植器官在灌注机上时，其健康状况可能会改善。而且，受损的肾脏一旦进入人体，可能会经历一定程度的自我修复。无论如何，Finger 表示，与猪肾脏相比，人类肾脏可能更能适应这一过程。

下一步将是将肾脏在猪体内进行更长时间的测试。该团队还将与该领域的许多其他研究人员一起，继续寻找毒性更低的冷冻保护剂。Finger、Bischof 及其同事还计划进行与人类肾脏相关的实验。

Finger 表示自己很乐观。“我们会看到存在损伤，而且并不完美……但我们现在已经达到了能够实现的阶段，”他说。“这些是我们领域的重要里程碑，我们对此感到非常兴奋。”

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插图由 Rose Wong 提供

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