突破性器官保存技术：实现细胞与器官长效安全保存
发布时间：
2026-05-18
器官短缺是全球移植领域的最大难题之一，而如何在体外长时间保存捐献器官更是关键瓶颈。近日，山东银丰生命科学研究院（以下简称：银丰生科院）低温医学团队与上海理工大学胥义教授团队的一项新研究为这一难题提供了全新解决方案。
器官短缺背后
器官移植是终末期器官衰竭的唯一根治手段，但全球超 90% 等待移植的患者，因供体器官保存时间不足错失手术机会。传统 4℃静态冷藏仅能维持器官活性 4-12 小时，远超时长会引发严重缺血再灌注损伤。虽然超低温冷冻能更好地“暂停”新陈代谢，但不可控的冰晶形成往往会直接摧毁细胞。
针对这一挑战，研究团队在《Langmuir》（美国化学会旗下物理化学顶刊，JCR Q2）期刊上发表了一项创新研究成果。团队开发了一种双相等容冷冻系统，成功实现了对冰晶成核过程的精准控制，为无毒性、长时程的器官保存开辟了新路径。本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：52076140）和中国博士后科学基金（项目编号：2023M742370）的项目资助。
等容冷冻新突破
等容冷冻是无冷冻保护剂（CPA）的低温保存技术，利用刚性密封腔室的压力-温度耦合，抑制冰晶无序生长，兼具稳定性、易运输性，适配临床器官移植需求。但传统单相等容冷冻无法精准控制冰晶成核，冷冻过程随机，保存效率大打折扣。
此次研究的核心突破是双相分离+主动成核调控：设计双相腔室，将含细胞/ 器官的样品腔与外部成核腔物理隔离，两种腔室分别盛放保存液与冷冻液，热量、压力可传递，溶质互不扩散。在冷冻液中加入胆固醇晶体成核剂（生物相容性高，是细胞膜主要成分），精准引导冰晶在外部腔室生成，远离样品腔。
实验验证优势具显
本设计效果显著：-4℃时可产生 43.8±3.7MPa 内压，稳定维持过冷状态，随机冷冻概率降低 50%。研究同时优化样品容器，7mL 聚乙烯（PE）管表现最优，兼顾控温效率与冰晶抑制效果。
细胞实验结果亮眼：HEK293T 细胞在 - 4℃双相等容冷冻 24 小时，存活率达 92±3.1%；保存72小时后，细胞增殖能力显著优于传统 4℃冷藏，活性氧（ROS）损伤大幅降低。
临床价值：大鼠肾脏经 - 4℃等容冷冻 72 小时，组织丙二醛（氧化损伤标志物）含量降低 64±6.2%，关键的 Na⁺/K⁺-ATP 酶活性稳定，肾脏组织结构完整；而传统 4℃冷藏组肾脏出现明显肾小管坏死、间质水肿，功能严重受损。
优势突出：无毒性冷冻保护剂，规避临床移植免疫风险；精准控冰，杜绝冰晶损伤细胞组织；低温长效保存，72 小时仍维持高活性，远超传统冷藏时长；适配性广，纯水、生理盐水、HTK、UW 等多种常用保存液均可稳定使用。
目前，该技术已完成细胞与大鼠肾脏的验证，为器官保存提供了一个全新研究范式，为临床转化奠定关键基础。“我们的目标不是‘冻住’器官，而是让器官在低温下‘休眠’，醒过来还能正常工作。”银丰生科院副院长刘志成表示，接下来团队将进一步推动技术向人源器官、更长保存时长拓展，后续还将结合常温机械灌注、动物移植模型完成功能评估。
除了器官移植，这套无毒性低温保存框架还可延伸至干细胞、生殖细胞、濒危物种种质资源的长期存储，为生物样本库、再生医学等领域提供通用技术支撑。
延伸阅读：《Langmuir》由美国化学会（ACS）出版，是表面化学与界面科学领域的顶级刊物（JCR Q2分区），以极高的学术严谨性著称。作为物理化学与材料科学交叉领域的“标杆”期刊，《Langmuir》对论文的创新性与机理深度有着近乎苛刻的要求。此次发表标志着中国团队在低温生物医学的物理机制研究上，获得了国际主流学术界的权威认可。
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