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每年,成千上万的美国人在他们所谓的“医疗炼狱”中等待器官移植。 2018年,就有超过36,529例器官移植手术,在过去五年中增加了20%。然而,还有更多的病人在等待移植的名单上——根据器官共享联合网络(UNOS)的数据,总共有11.4万名病人在等待移植。这就是为什么每年平均有8000人死于等待他们需要的器官。

现在,研究人员、医生和决策者正在探索新的策略,以增加满足需求所需的器官供应。有希望的研究方向包括:推进干细胞研究以修复受损的器官组织;发展生物制造技术,以加快人体器官的3D制造,并利用基因编辑技术寻找安全的方式使用猪器官进行人体移植。

这次协调一致的行动正值美国面临危机之际。不断上升的肥胖和糖尿病发病率正在对人体造成损害,致使肾脏疾病和一种被称为非酒精性脂肪性肝炎(NASH)的脂肪肝的发病率上升。这些情况通常会导致30岁以下的人肾衰竭和肝功能衰竭。甚至儿童人群也受到了影响。对这些人来说,器官移植是他们最后的希望。

UNOS首席医疗官David Klassen博士说:“了解到这一趋势,UNOS正在寻求扩大捐赠者库的方法,并改善全国范围内器官分配移植的方式。”

现在它正在重写分配算法,以改善地理上器官的访问。它还在探索让移植中心更快地接受器官捐赠的方法。

用于解决当前需求的一种策略是使用活体捐献者。据UNOS报道,去年美国所有移植手术中有19%来自活体捐献者,这是12年来最高的。在这些外科手术中,捐赠者将一部分器官(即肝脏)或整个器官如(肾脏)捐献给器官功能不正常的另一个人。

另一个是扩大器官捐献的医疗标准。例如,现在医院在移植中使用感染了丙肝病毒的肝脏,然后在手术后用新药治疗患者,如哈维尼、艾布维和索瓦尔迪。约翰霍普金斯综合移植中心(Johns Hopkins Comprehensive Transplant Center)甚至有一个由联合国教科文组织(unos)批准的项目,将肝脏和肾脏等器官从感染艾滋病毒的活体捐赠者移植到已经感染艾滋病毒的患者身上。

解决器官死亡问题

面对挑战,“许多科技公司正致力于设备和流程,以更好地保存和运输器官,”器官采购组织协会首席执行官Elling Eidbo说。正如他解释的那样,这是非常重要的,因为由于缺乏血液供应、时间限制和地理上的后勤挑战,许多器官 - 特别是肺和心脏 - 在运输中受损或死亡。

一家获得FDA批准的突破性设备公司是TransMedics。今年3月,该公司获得了美国食品药品管理局(FDA)对其器官护理肺系统(Organ Care Lung System)的批准,这是第一种可在体外维持肺接近生理状态的便携式设备,解决了目前使用冷藏的局限性。这台机器的设计目的是尽可能地复制人类的功能,这样器官就可以保存更长的时间。

该过程涉及将捐赠的肺连接到呼吸机、泵和过滤器。将肺维持在正常体温,并用含有营养物、蛋白质和氧气的溶液处理,这可以逆转肺损伤。该技术尤其用于保护肺部和心脏,通常在恢复使用后仅需6小时。

英国初创公司OrganOx开发了一种用于运输肝脏的类似机器。该机器称为OrganOx metra装置,维持肝脏的正常体温,并为器官提供含氧血液,抗凝血药物和营养素长达24小时。在最近由欧洲委员会资助的一项研究中,该装置被用于七个欧洲移植中心,并被证明可以减少组织损伤并改善手术前器官的质量评估。

metra机器是一项突破,因为它允许医生通过提供血流量、胆汁产生和乳酸清除等参数的连续数据来实时监测肝脏性能。在未来,该技术可以为进一步治疗供体器官打开大门,因为较长的移植窗口可以为药物或干细胞治疗腾出时间。

“目标是将可用于移植的肝脏数量增加一倍。”OrganOx联合创始人,牛津大学生物医学工程教授Constantin Coussios博士说。该设备已获得欧洲,印度,澳大利亚和加拿大的监管批准,目前正在美国的15个移植中心进行测试。 Coussios博士希望到2020年获得FDA批准在美国使用该机器。

“它为医生提供了一种测试器官的方法,并减少了患者生存能力的不确定性。”Coussios博士解释道,“它还为外科医生提供了更多时间来寻找合适的接受者和计划外科手术。大大降低了风险。”

佛罗里达州杰克逊维尔的梅奥诊所认识到灌注技术如何在移植手术前帮助进行器官评估和修复,已与United Therapeutics达成协议,要求他们在年底前装备和操作肺部修复设施。该设施称为肺部生物工程,将使用离体肺灌注机在移植前评估和治疗供体肺部。

“我们已经使用这项技术进行了11次肺移植。”杰克逊维尔梅奥诊所移植部主席Burcin Taner博士说,“过去,由于水肿、感染和其他原因,许多这些器官都被认为是无法使用的器官。这是一种很好的方法,可以在患者因病而无法移植之前提高器官资源并提前做手术。它将为我们的中心和东南部的其他移植中心。“

愈合受损的器官

该组织还计划在再生医学研究方面开展合作 ,这是一个改变游戏规则的领域,具有治愈受损组织和器官的潜力。

两年来,梅奥诊所一直在进行干细胞研究,以治疗包括血癌在内的多种疾病。现在,他们正在探索如何利用干细胞治愈出血性中风后的大脑,再生心脏组织,减少移植排斥反应。

梅奥诊所研究院院长Tushar Patel博士正在开创一种新型疗法,可用于器官的修复和再生。他一直在探索从干细胞中获得的称为细胞外囊泡(EV)的纳米粒子如何被生物工程化以帮助组织修复。

“EV通常从细胞中释放出来,在细胞通讯中发挥核心作用,共享RNA和蛋白质等重要信息。我们正在研究人体如何利用干细胞中的EV辅助组织修复。这可能创造出全新一代的无细胞疗法。“帕特尔说。

展望科学

展望未来,科学家正致力于取得十年前难以想象的突破。

最有希望的领域之一是异种移植或跨物种器官移植领域。 “我们离将转基因猪的肾脏移植给人类的临床试验只有一到两年的时间了。”UNOS的Klassen博士说。

异种移植并不新鲜。猪心脏瓣膜已经使用多年而没有不良影响,很少引起排斥反应。一些科学家认为,如果可以克服免疫和生理障碍,那么在不久的将来,转基因猪的整个器官移植是可能的。他们瞄准这种快速繁殖物种的原因是由于它们在解剖学上与人类相似,并且可以在相对短的时间内孕育和生长以供移植:6个月。

他们的目标是创造一个未来,在无病原体的室内农场饲养的经过改造的猪将作为病人身体的备件工厂。

这一领域的先驱是Joseph Tector博士,他是阿拉巴马大学伯明翰异种移植计划的外科医生和科学家。他正忙着试图破解如何将猪器官放入人体的密码。他的目标是通过使用CRISPR基因编辑技术来敲除猪细胞表面的任何糖,如果将器官移植到人类患者体内,从而克服免疫系统不相容性并将排斥风险降至最低。虽然生物技术初创公司eGenesis也正在开发这一领域的技术,但Tector表示,他的模型不同之处在于它涉及的基因组编辑较少。

“我们希望尽可能少地进行基因编辑以降低风险,”Tector博士说。他解释说,CRISPR基因编辑可能是不精确的,有时它可以将DNA封存在错误的位置,可能会消除猪供体或人类受体中的肿瘤抑制基因。 “我们想做的最后一件事就是过度抑制免疫系统,以免它对抗感染。”

“人体器官的移植定量很多,但这只能决定谁的生命或死亡。” 他为什么致力于这种方法?Tector博士说,“随着人口的增长,我们需要新的资源来满足需求。”

另一个策略是推进人体器官和组织制造。这是医学的下一个前沿。生物制造已经成为一个接近市场的真实概念。

Cellink公司正在帮助将这一崇高目标变为现实。这家在纳斯达克交易所上市的瑞典初创企业声称,它是全球首家bioink公司。它创造了几种不同种类的生物墨水——一种模拟细胞生长的自然环境的材料,这种材料可以与活细胞混合,用3D打印机生成具有功能的人体组织。

该公司在生物打印领域创建了第一个社区,其中包括50个国家的500所大学。 “最终目标是在未来使器官打印机成为可能,这样这些重要的器官就可以被制造和移植。”Cellink的创始人兼首席执行官Erik Gatenholm说。 “我们希望它可以在10到15年内成为现实。”

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