截至 2025 年 5 月，有超过 103,000 名美国人 在等待器官移植。除了捐赠器官短缺之外，患者在等待挽救生命的捐赠过程中死亡的一个主要原因是保存时间窗口短。合适的匹配可能在器官失去活性之前都无法到来。
如今，移植器官通常被冷藏，基本上是冰箱的高科技版本。但这种方法只能保存不到 48 小时，这极大地限制了将器官输送给有需要的患者的后勤工作。
冷冻器官的低温保存被认为是潜在的解决方案。长期储存可以增加可用器官的数量，实现捐赠者和受赠者之间更好的匹配，并提高移植质量。
为了让这一目标更接近现实，德克萨斯 A&M 大学(Texas A&M University) 的研究人员最近在《自然科学报告》(Nature Scientific Reports) 上发表了一篇 研究，概述了一种名为玻璃化的改进方法。该技术可以将器官变成玻璃状，同时避免了当前方法中存在的开裂问题。如果这项技术得以完善，它不仅可以改变医学，还可以改变野生动物保护，甚至食品保鲜。
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低温保存已在小规模使用
那么，为什么我们不能用传统方式冷冻器官呢？有机物质对冷冻损伤高度敏感。当细胞内的水缓慢结冰时，会形成尖锐的冰晶，刺破细胞膜。这就是为什么我们不能把一个苹果扔进冰箱，然后指望它解冻后还能保持完好无损。
玻璃化（源自拉丁语 *vitrum*，意为玻璃）通过完全阻止冰晶的形成来解决这个问题。这个过程将细胞内容物和周围的溶液变成均匀的、玻璃状的状态，可以通过快速解冻将其恢复。
玻璃化已经在医学中用于保存较小的样本，例如生育治疗中的卵子和精子，以及干细胞和组织活检。
挑战在于规模化。整个器官在结构上很复杂且体积大，这使得它们在进行玻璃化处理时容易开裂。
防止玻璃化器官开裂
2023 年迎来了一个里程碑，明尼苏达大学的一个团队 成功移植了一个低温保存的大鼠肾脏。在此基础上，德克萨斯 A&M 的团队研究了如何改进用于较大器官的玻璃化溶液（将水取代并保护细胞的特殊混合物）。
他们通过实验和计算证据发现，一个重要因素是温度。
“我们了解到，较高的玻璃化转变温度可以降低开裂的可能性，”机械工程副教授 Matthew Powell-Palm 在一份 新闻稿 中说。
这一见解可以帮助研究人员设计出能更好地保护较大样本，最终是完整人体器官的玻璃化溶液。
尽管如此，正如 Powell-Palm 在新闻稿中所指出的，“开裂只是问题的一部分。这些溶液还需要与组织相兼容。”这意味着升级玻璃化需要跨越物理学、化学、生物学和工程学等领域的专业知识。
器官移植以外的低温保存
“我期待着在这个方向上取得更多令人鼓舞的成果，这将最终提高从单个细胞到整个器官的各种规模生物系统的活力，”合著者兼机械工程系主任 Guillermo Aguilar 在声明中表示。
玻璃化的前景远远超出了器官移植。由于它原则上可以应用于任何有机材料，因此可以重塑全球的“生物冷链”。研究人员看到了其在生物多样性保护、药品储存，甚至减少食物浪费方面的应用。
“本质上，机械工程需要理解事物——任何事物——是如何运作的。这个项目整合了物理化学、玻璃物理学、热力学和低温生物学，”Powell-Palm 说。“这些学生在这项工作中出色地运用了机械工程所需的整体思维。”
而且谁知道呢，也许用不了多久，这项技术就可以从单个器官扩展到整个人体，让科幻小说中永生的梦想变得不那么虚幻。
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文章来源
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- 美国卫生与公众服务部。 器官捐赠统计数据
- 《自然科学报告》。 较高的玻璃化转变温度可降低与低温保存相关的含水溶液的热应力开裂
- 《自然通讯》。 玻璃化和纳米加热技术可实现大鼠模型中的长期器官低温保存和维持生命的肾脏移植
