对很多心、肾和肝脏疾病患者来说,器官移植是延长生命唯一可行的道路。但世界卫生组织表示,找到一位合适捐赠者的几率微乎其微:只有约10%。

如果剩下90%需进行器官移植的患者能在器官库中找到他们所需要的器官,医生的救治任务就会变得更加轻松。

不幸的是,目前还没有长期保存器官的办法。但希伯来大学的研究或很快就能使长期保存器官成为现实。

希伯来大学罗伯特•希尔顿•史密斯农业食品与环境学院生物化学、食品科学与营养研究所的伊多•布拉斯拉夫斯基教授(Ido Braslavsky)表示:“就拯救生命的几率而言,冷冻器官并在解冻时不损坏器官本身就是一场革命。”

布拉斯拉夫斯基说:“改进低温保存,即在零度以下保存细胞、组织和器官的过程,将能长期保存组织和器官,在捐赠者和患者之间进行高效配对,最终拯救世界各地数百万患者的生命。”

布拉斯夫拉斯基表示,他们团队正在进行的冰结合蛋白研究或能解决这个问题。有了冰结合蛋白,鱼、动物乃至细菌才得以在南极生存。

当前,医生能做的只是低温保存器官,主要用便携式冰箱保存,然后穿过整个城市或国家把器官运送给有需要的患者。跨国运输比较少见,因为心和肝通常经过12个小时左右就会变质,无法再用于器官移植。肾可以保存得更久一些——约为30个小时,尽管如此,也需迅速移植,以确保活性。

冷冻器官不管用。器官中的水分子结冰后,体积扩大,会损害脆弱的细胞,影响器官在体内的存活能力。布拉斯拉夫斯基说,因此,心、肾、肝、肺和肠等器官保存在冷却器而非冰箱中。

但如果可以冷冻器官,医生就能获得患者需要的器官,从而挽救更多生命。

布拉斯拉夫斯基是世界冷冻保存领域的顶尖研究员之一,多年来一直在研究抗冻蛋白——一种有助于海陆生物抵抗或承受寒冷的冰结合蛋白。

在和加拿大皇后大学(Queens University)彼得•戴维斯教授(Peter Davies)的合作下,他与玛雅•巴尔•多勒夫博士(Maya Bar Dolev)、利亚特•巴哈利博士(Liat Bahari)、阿米尔•拜因博士(Amir Bein)及维克多•耶顺斯基博士(Victor Yeshunsky)等希伯来大学同事研究了抗冻蛋白的影响。约50年前,科学家在南极鱼类体内发现了抗冻蛋白。目前已证实,耐寒鱼类、植物、昆虫和微生物体内均含抗冻蛋白。

“我们研究了冰结合蛋白和冰晶的相互作用。”布拉斯拉夫斯基说,“由于我们在零摄氏度以下的温度工作,且需要高度精确的工作温度,我们设计了一个带阶段冷却器的专用显微镜,冷却器温度控制可精确到毫度,也可用于冷冻。通过荧光照明,我们可以看到用荧光染料标记的冰结合蛋白的位置。这些设备可以帮助我们观察冰晶的形成及其在冰结合蛋白出现时的融化。”

研究显示,因为体内含有冰结合蛋白,生物不会在零度以下的环境中冰冻自己的器官。布拉斯拉夫斯基及其学生表示,抗冻蛋白通过“不可逆结合”附在冰晶上,当“速冻”时可在冰晶和细胞间形成缓冲,从而防止冰晶扩张,破坏细胞。

布拉斯拉夫斯基说,此次研究解释了冰结合蛋白阻止冰晶扩散的作用过程。几十年来,这一重大问题一直困扰着这个领域的科学家。研究结果已在2015年刊于Langmuir 和RSC Advances。希伯来大学表示,研究结果对抗冻蛋白用作冷冻保护剂有着重大意义。

通过进一步研究,研究团队希望可以机械重复抗冻过程。下一步是扩大研究规模,研究更多生物,从而了解防冻技术,并试图找到方法在实验室重现生物抗冻。

此外,研究结果或能在冷冻食品行业掀起一场革命。

“冰晶增长也是冷冻食品的一大问题。”布拉斯拉夫斯基表示。他们的研究团队还研究了冰结合蛋白在食品行业中的应用。“大家应该经常看到家里冰箱中的冰淇淋失去了纹路,或者肉类失去大量水分,解冻后外观或味道都不新鲜。冰结合蛋白或能控制冷冻食品中的冰晶,从而研发新型冷冻食品技术。部分食品生产商已经开始在他们的产品中使用冰结合蛋白。”

但先把冰淇淋放一放,研究团队的重点使命是拯救生命:找出一种能够成功速冻且不会损坏人体器官的方法。器官低温保存研究一直是器官保存联盟(OPA)的一个重要目标。器官保存联盟成立于2014年,是美国一家非政府组织,旨在促进和协调对人体器官库的研究。该组织表示,这是上述目标首次出现在触手可及的范围内。

布拉斯拉夫斯基的研究获得了欧洲研究委员会(ERC)、欧盟第七框架计划(FP7)和以色列科学基金会(ISF)的支持。

该研究开展之际,正值科学界开始了解器官库的需求。去年,全球首届器官库峰会(Organ Banking Summit)在加州举行,汇集了世界领先的科学家、投资商和决策者,共同探讨“停止生物时间”和改变移植的问题。此前,美国国防部颁布了迄今首项针对器官库的政府拨款。

随着研究继续进行,布拉斯拉夫斯基希望低温保存研究的成功就在不远处。他补充道:“近来低温生物学技术取得的进展以及在冰晶特定相互作用中使用的材料如冰结合蛋白使得细胞和器官低温保存实现显著突破成为了可能。”