賈俊君 李建輝 周燕飛 岑凱立 周琳, 4 鄭樹森, , 4

·綜述·

器官移植機(jī)械灌注產(chǎn)品研究進(jìn)展

賈俊君1, 2李建輝3周燕飛1, 2岑凱立1, 2周琳1, 2, 4鄭樹森1, 2, 3, 4

機(jī)械灌注是一種新型的器官保存和轉(zhuǎn)運(yùn)方式。相比于傳統(tǒng)靜態(tài)冷保存，機(jī)械灌注能提高器官體外保存效果，挽救邊緣供器官甚至擴(kuò)展供器官來(lái)源。目前國(guó)內(nèi)外有多個(gè)研究中心致力于機(jī)械灌注系統(tǒng)的研發(fā)，并且許多已經(jīng)應(yīng)用或者即將應(yīng)用于臨床。本文就肝、腎等大器官機(jī)械灌注系統(tǒng)研究進(jìn)展作一綜述。

機(jī)械灌注； 靜態(tài)冷保存； 器官移植； 邊緣器官

機(jī)械灌注是一種新型的器官保存和轉(zhuǎn)運(yùn)方式。器官獲取后將自身血管連接至機(jī)械灌注系統(tǒng)，在器官保存、轉(zhuǎn)運(yùn)階段以灌流液持續(xù)灌注離體器官，同時(shí)供給離體器官氧氣、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等。根據(jù)維持溫度不同，可以分為低溫(4～6 ℃)、亞低溫(20～25 ℃)、常溫(37 ℃)機(jī)械灌注。與傳統(tǒng)靜態(tài)冷保存相比，機(jī)械灌注能更好地保存離體器官[1]，甚至挽救標(biāo)準(zhǔn)外器官[2]，為解決器官短缺提供了新思路，有望進(jìn)一步擴(kuò)展供器官來(lái)源。目前國(guó)內(nèi)外有多個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)致力于機(jī)械灌注系統(tǒng)的研發(fā)，許多新系統(tǒng)都已經(jīng)應(yīng)用于臨床，現(xiàn)將其研究進(jìn)展綜述如下。

1 肝 臟

現(xiàn)有肝臟機(jī)械灌注系統(tǒng)主要包括：低溫機(jī)械灌注有Lifeport Liver Transporter (美國(guó)Organ Recovery Systems公司)和Liver Assist(荷蘭Organ Assist公司)，常溫機(jī)械灌注有OrganOx metra?(英國(guó)OrganOx公司)。這些產(chǎn)品均處于臨床前研究階段，還未在市場(chǎng)上銷售。此外，在維也納召開的2015國(guó)際肝病會(huì)議上，有研究報(bào)道可攜帶機(jī)械灌注儀器AirdriveTM(荷蘭INDES公司)能有效維持心臟死亡器官捐獻(xiàn)(donation after cardiac death，DCD)供肝的質(zhì)量及活力；在大動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證其效果，發(fā)現(xiàn)使用AirdriveTM保存供肝5 d生存率達(dá)100%，但該研究結(jié)果尚無(wú)文獻(xiàn)發(fā)表。

美國(guó)Organ Recovery Systems公司與哥倫比亞大學(xué)James Guarrera團(tuán)隊(duì)合作，首次報(bào)道了低溫機(jī)械灌注應(yīng)用于臨床肝移植的病例預(yù)后，證實(shí)Lifeport肝臟轉(zhuǎn)運(yùn)器應(yīng)用于臨床安全有效，可以顯著降低術(shù)后早期移植物失功[3]。2015年，他們又證實(shí)了這項(xiàng)技術(shù)可以用于挽救邊緣供肝，廢棄的供肝經(jīng)過(guò)低溫機(jī)械灌注之后成功移植給受者，為拓展供肝來(lái)源提供了新的思路[4]。另外，基于體外器官獲取系統(tǒng)(Extra-Corporal Organ Procurement System，ECOPS)設(shè)備(荷蘭Organ Assist公司)的低溫?cái)y氧灌注系統(tǒng)(hypothermic oxygenated perfusion，HOPE)應(yīng)用于臨床肝移植的報(bào)道證實(shí)，HOPE對(duì)DCD供肝有保護(hù)作用，可減輕再灌注損傷[5]。OrganOx系統(tǒng)是第一款常溫機(jī)械灌注系統(tǒng)，該產(chǎn)品近期完成的Ⅰ期臨床試驗(yàn)結(jié)果顯示，其在肝臟轉(zhuǎn)運(yùn)、保存方面安全有效，與靜態(tài)冷保存相比可顯著降低術(shù)后7 d內(nèi)AST水平[1]。UW液是肝臟機(jī)械灌注系統(tǒng)最常用的保存液。

2 腎 臟

腎臟低溫機(jī)械灌注系統(tǒng)主要包括：Lifeport Kidney Transporter(美國(guó)Organ Recovery Systems公司)、脈沖式灌注泵RM3系統(tǒng) (美國(guó)Waters Medical Systems公司)、Kidney Assist (荷蘭Organ Assist公司)，上述系統(tǒng)均已應(yīng)用于臨床。自低溫機(jī)械灌注問(wèn)世以來(lái)，腎臟保存方式的選擇一直是爭(zhēng)論的焦點(diǎn)[6-8]。理論上，低溫機(jī)械灌注有如下優(yōu)勢(shì)：保持血管通暢、提供部分能量和氧氣、清除代謝廢物等[9]。Lifeport腎臟轉(zhuǎn)運(yùn)器應(yīng)用最為廣泛，全世界已經(jīng)應(yīng)用于5萬(wàn)例以上的臨床腎移植。臨床觀察結(jié)果顯示，相比于靜態(tài)冷保存，應(yīng)用該系統(tǒng)保存的供腎移植可減少術(shù)后移植腎功能延遲恢復(fù)(delayed graft function，DGF)[10-11]、減少術(shù)后排斥反應(yīng)的發(fā)生和改善纖維化[12]、減少醫(yī)療開支[13]以及改善臨床預(yù)后[14]。腎臟低溫機(jī)械灌注液主要為KPS-1和HTK液。KPS-1為國(guó)際公認(rèn)、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的腎臟機(jī)械灌注液，在國(guó)內(nèi)也得到廣泛使用[15]。此外，目前尚未發(fā)現(xiàn)攜氧低溫機(jī)械灌注應(yīng)用于供腎的臨床報(bào)道。

移植腎常溫機(jī)械灌注在1976年由Fuller等[16]首次提出，近年來(lái)首次應(yīng)用于臨床[17-18]，但這些系統(tǒng)多為自制系統(tǒng)，尚未商業(yè)化。英國(guó)萊斯特綜合醫(yī)院研究結(jié)果證實(shí)，常溫機(jī)械灌注在減少DGF方面同樣效果顯著[18]。相比于低溫機(jī)械灌注，常溫機(jī)械灌注能夠維持腎臟的正常代謝，避免了冷缺血損傷，同時(shí)常溫狀態(tài)對(duì)于維持細(xì)胞的形態(tài)和功能有一定意義[19]。常溫機(jī)械灌注所用的灌注液多為血制品，由于血液生化檢測(cè)十分方便、快捷，為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)器官質(zhì)量提供了有利條件[20-21]。除了保存器官外，常溫機(jī)械灌注在邊緣供腎的質(zhì)量修復(fù)方面可能更有優(yōu)勢(shì)，但這一作用還需更多臨床研究證實(shí)[22]。

3 心 臟

靜態(tài)冷保存是心臟移植最常用的保存方式，但其保存時(shí)限僅4 h。這極大地限制了心臟移植的發(fā)展，因?yàn)閹缀跛械墓┬亩荚? h車程以外，這也是美國(guó)所有心臟捐獻(xiàn)中僅27%捐獻(xiàn)成功的原因[23]。而如此多的供心浪費(fèi)也導(dǎo)致更多的終末期心臟疾病患者將承受更多的痛苦。

LifeCradle? Heart Perfusion System是美國(guó)Organ Transport Systems公司于1999年開始研發(fā)的低溫機(jī)械灌注儀器，具有簡(jiǎn)單易學(xué)、輕便、可攜帶等特點(diǎn)，可顯著提高心臟體外保存時(shí)間，擴(kuò)展了心臟轉(zhuǎn)運(yùn)距離，提高了供心利用率。迄今為止，這款設(shè)備已經(jīng)進(jìn)行了超過(guò)300例的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，所得出的數(shù)據(jù)不僅優(yōu)化了其參數(shù)設(shè)定，還證實(shí)了其心臟保存效果優(yōu)于傳統(tǒng)靜態(tài)冷保存[24-25]。后期臨床試驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了上述結(jié)論，同時(shí)該設(shè)備可以將離體心臟安全保存時(shí)間拓展至12 h；此外，在受試的33例供心中，棄用心臟經(jīng)過(guò)該設(shè)備灌注后50%可以重新應(yīng)用于心臟移植[26]。除了將棄用心臟修復(fù)再利用外，該系統(tǒng)還有助于更好地保存DCD供心，有望進(jìn)一步擴(kuò)展供心來(lái)源[27]。

4 肺 臟

在美國(guó)，僅有21.4%的供肺被成功移植至受者，供肺利用率低[28]。瑞典XVIVO Perfusion公司的XVIVO灌注系統(tǒng)(XPSTM)是一款肺臟常溫機(jī)械灌注設(shè)備，2014年8月已經(jīng)獲得美國(guó)食品藥品管理局(Food and Drug Administration, FDA)批準(zhǔn)，目前可以在市場(chǎng)上買到成品。它包括離心泵、制冷/制熱裝置、血?dú)夥治瞿K和機(jī)械通氣模塊，以STEEN SolutionTM為沖洗液，血液為灌流液，可以在灌流過(guò)程中對(duì)肺臟功能進(jìn)行評(píng)價(jià)。北美一項(xiàng)臨床研究結(jié)果顯示，應(yīng)用此設(shè)備后60%以上的供肺被用于移植，大大提高了供肺利用率[29]。

5 多器官應(yīng)用

VASOWAVETM(美國(guó)Smart Perfusion公司)是一款平臺(tái)型常溫機(jī)械灌注儀器，幾乎適用于各種器官灌注，尤其是肝臟和腎臟，已經(jīng)提交FDA認(rèn)證。此設(shè)備在常溫下可以實(shí)時(shí)傳送氧氣、葡萄糖和其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)至離體器官，維持器官活力，但缺點(diǎn)是不可攜帶。

Organ Care System(美國(guó)TransMedics公司)是一款低溫機(jī)械灌注設(shè)備，臨床試驗(yàn)證實(shí)其適用于肝臟、腎臟、心臟和肺，可以降低離體器官代謝率、延長(zhǎng)供器官保存時(shí)間，可應(yīng)用于器官?gòu)?fù)蘇、脂肪肝去脂、轉(zhuǎn)運(yùn)等[30-33]。它由兩部分組成：可移動(dòng)平臺(tái)和器官特異性灌注系統(tǒng)。可移動(dòng)平臺(tái)包括氧合模塊、泵，最大的特色是包含一塊無(wú)線顯示屏可以顯示灌流過(guò)程中的各種參數(shù)及器官相關(guān)的功能指標(biāo)。

美國(guó)Organ Recovery System公司也研發(fā)了一款溫度可控、適用于多器官保存的工作站，它整合了Lifeport肝臟轉(zhuǎn)運(yùn)器與腎臟轉(zhuǎn)運(yùn)器的相關(guān)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)器官體外溫度控制(0～37 ℃)、持續(xù)補(bǔ)充氧氣、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)器官活力等。它具有以下優(yōu)勢(shì)[34]：①減少時(shí)間依賴的缺血損傷；②體外供肝功能評(píng)估；③挽救邊緣供肝，擴(kuò)展供器官來(lái)源；④增加移植數(shù)量，減少移植術(shù)后并發(fā)癥；⑤改善預(yù)后，最大化利用供器官，減少醫(yī)療費(fèi)用。

6 總 結(jié)

盡管許多文獻(xiàn)已經(jīng)報(bào)道機(jī)械灌注可以改善供器官保存質(zhì)量、延長(zhǎng)器官保存時(shí)間，但靜態(tài)冷保存依然是目前器官移植領(lǐng)域最常用的供器官保存方法，主要是其簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)且能滿足大多數(shù)器官的保存要求。機(jī)械灌注設(shè)備相對(duì)笨重且費(fèi)用較高，另外需要額外的插管技術(shù)，轉(zhuǎn)運(yùn)要求也更高。但是隨著越來(lái)越多邊緣供器官(如DCD供器官)的應(yīng)用，機(jī)械灌注得到了前所未有的重視，灌注產(chǎn)品也層出不窮。

目前器官移植領(lǐng)域低溫機(jī)器灌注系統(tǒng)應(yīng)用較廣泛，但灌注途徑、灌注流速及壓力、氧合程度、溫度等主要參數(shù)，目前尚未達(dá)成共識(shí)。隨著生物醫(yī)學(xué)、工程學(xué)及移植技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)械灌注設(shè)備必將更加簡(jiǎn)易、方便攜帶、穩(wěn)定有效，從而更好地服務(wù)于臨床，造福病患。

1 Ravikumar R, Jassem W, Mergental H, et al. Liver transplantation afterexvivonormothermic machine preservation: a Phase 1 (first-in-man) clinical trial[J]. Am J Transplant, 2016,16(6):1779-1787.

2 Perera T, Mergental H, Stephenson B, et al. First human liver transplantation using a marginal allograft resuscitated by normothermic machine perfusion[J]. Liver Transpl, 2016,22(1):120-124.

3 Guarrera JV, Henry SD, Samstein B, et al. Hypothermic machine preservation in human liver transplantation: the first clinical series[J]. Am J Transplant, 2010,10(2):372-381.

4 Guarrera JV, Henry SD, Samstein B, et al. Hypothermic machine preservation facilitates successful transplantation of "orphan" extended criteria donor livers[J]. Am J Transplant, 2015,15(1):161-169.

5 Dutkowski P, Schlegel A, de Oliveira M, et al. HOPE for human liver grafts obtained from donors after cardiac death[J]. J Hepatol, 2014,60(4):765-772.

6 Rosenthal JT, Herman JB, Taylor RJ, et al. Comparison of pulsatile machine perfusion with cold storage for cadaver kidney preservation[J]. Transplantation, 1984,37(4):425-426.

7 Halloran P, Aprile M. A randomized prospective trial of cold storage versus pulsatile perfusion for cadaver kidney preservation[J]. Transplantation, 1987,43(6):827-832..

8 Jaffers GJ, Banowsky LH. The absence of a deleterious effect of mechanical kidney preservation in the era of cyclosporine[J]. Transplantation, 1989,47(4):734-736.

9 Siedlecki A, Irish W, Brennan DC. Delayed graft function in the kidney transplant[J]. Am J Transplant, 2011,11(11):2279-2296.

10 Sedigh A, Tufveson G, Backman L, et al. Initial experience with hypothermic machine perfusion of kidneys from deceased donors in the Uppsala region in Sweden[J]. Transplant Proc, 2013,45(3):1168-1171.

11 Deng R, Gu G, Wang D, et al. Machine perfusion versus cold storage of kidneys derived from donation after cardiac death: a meta-analysis[J]. PLoS One, 2013,8(3):e56368.

12 Kwiatkowski A, Wszola M, Perkowska-Ptasińska A, et al. Influence of preservation method on histopathological lesions of kidney allografts[J]. Ann Transplant, 2009,14(1):10-13.

13 Garfield SS, Poret AW, Evans RW. The cost-effectiveness of organ preservation methods in renal transplantation: US projections based on the machine preservation trial[J]. Transplant Proc, 2009,41(9):3531-3536.

14 Moers C, Pirenne J, Paul A, et al. Machine perfusion or cold storage in deceased-donor kidney transplantation[J]. N Engl J Med, 2012,366(8):770-771.

15 Lee CY, Jain S, Duncan HM, et al. Survival transplantation of preserved non-heart-beating donor rat livers: preservation by hypothermic machine perfusion[J]. Transplantation, 2003,76(10):1432-1436.

16 Fuller BJ, Pegg DE. The assessment of renal preservation by normothermic bloodless perfusion[J]. Cryobiology, 1976,13(2):177-184.

17 Hosgood SA, Nicholson ML. First in man renal transplantation afterexvivonormothermic perfusion[J]. Transplantation, 2011,92(7):735-738.

18 Nicholson ML, Hosgood SA. Renal transplantation afterexvivonormothermic perfusion: the first clinical study[J]. Am J Transplant, 2013,13(5):1246-1252.

19 Kay MD, Hosgood SA, Harper SJ, et al. Static normothermic preservation of renal allografts using a novel nonphosphate buffered preservation solution[J]. Transpl Int, 2007,20(1):88-92.

20 Thiara AP, Hoel TN, Kristiansen F, et al. Evaluation of oxygenators and centrifugal pumps for long-term pediatric extracorporeal membrane oxygenation[J]. Perfusion, 2007,22(5):323-326.

21 Bagul A, Hosgood SA, Kaushik M, et al. Experimental renal preservation by normothermic resuscitation perfusion with autologous blood[J]. Br J Surg, 2008,95(1):111-118.

22 Hosgood SA, van Heurn E, Nicholson ML. Normothermic machine perfusion of the kidney: better conditioning and repair?[J]. Transpl Int, 2015,28(6):657-664.

23 Macdonald PS, Chew HC, Connellan M, et al. Extracorporeal heart perfusion before heart transplantation: the heart in a box[J]. Curr Opin Organ Transplant, 2016,21(3):336-342.

24 Rosenbaum DH, Peltz M, DiMaio JM, et al. Perfusion preservation versus static preservation for cardiac transplantation: effects on myocardial function and metabolism[J]. J Heart Lung Transplant, 2008,27(1):93-99.

25 Peltz M, He TT, Adams GA 4th, et al. Perfusion preservation maintains myocardial ATP levels and reduces apoptosis in anexvivorat heart transplantation model[J]. Surgery, 2005,138(4):795-805.

26 Cobert ML, Merritt ME, West LM, et al. Metabolic characteristics of human hearts preserved for 12 hours by static storage, antegrade perfusion, or retrograde coronary sinus perfusion[J]. J Thorac Cardiovasc Surg, 2014,148(5):2310-2315.

27 Onorati F, Santarpino G, Cristodoro L, et al. Continuous coronary sinus perfusion reverses ongoing myocardial damage in acute ischemia[J]. Artif Organs, 2009,33(10):788-797.

28 Mooney JJ, Hedlin H, Mohabir PK, et al. Lung quality and utilization in controlled donation after circulatory determination of death within the United States[J]. Am J Transplant, 2016,16(4):1207-1215.

29 Cypel M, Yeung JC, Machuca T, et al. Experience with the first 50exvivolung perfusion in clinical transplantation[J]. J Thorac Cardiovasc Surg, 2012,144(5):1200-1206.

30 Stamp NL, Shah A, Vincent V, et al. Successful heart transplant after ten hours out-of-body time using the TransMedics Organ Care System[J]. Heart Lung Circ, 2015,24(6):611-613.

31 Warnecke G, Moradiellos J, Tudorache I, et al. Normothermic perfusion of donor lungs for preservation and assessment with the Organ Care System Lung before bilateral transplantation: a pilot study of 12 patients[J]. Lancet, 2012,380(9856):1851-1858.

32 Perera MT, Clutton-Brock T, Muiesan P. One donor, two types of preservation: first description of a donation after circulatory death donor with normothermic abdominal perfusion and simultaneous cold perfusion of lungs[J]. Liver Transpl, 2014,20(8):1012-1015.

33 Ardehali A, Esmailian F, Deng M, et al.Ex-vivoperfusion of donor hearts for human heart transplantation (PROCEEDⅡ): a prospective, open-label, multicentre, randomised non-inferiority trial[J]. Lancet, 2015,385(9987):2577-2584.

34 Van Caenegem O, Beauloye C, Bertrand L, et al. Hypothermic continuous machine perfusion enables preservation of energy charge and functional recovery of heart grafts in anexvivomodel of donation following circulatory death[J]. Eur J Cardiothorac Surg, 2016,49(5):1348-1353.

(本文編輯：鮑夏茜)

賈俊君, 李建輝, 周燕飛, 等. 器官移植機(jī)械灌注產(chǎn)品研究進(jìn)展[J/CD]. 中華移植雜志: 電子版, 2016,10(2):88-91.

Cutting edge of machine perfusion systems

JiaJunjun1, 2,LiJianhui3,ZhouYanfei1, 2,CenKaili1, 2,ZhouLin1, 2, 4,ZhengShusen1, 2, 3, 4.

1KeyLaboratoryofCombinedMulti-organTransplantation,MinistryofPublicHealth;2KeyLaboratoryofOrganTransplantation,ZhejiangProvince;3DepartmentofHepatobiliaryandPancreaticSurgery,FirstAffiliatedHospital,SchoolofMedicine,ZhejiangUniversity;4CollaborativeInnovationCenterforDiagnosisTreatmentofInfectiousDiseases,Hangzhou310003,China

ZhengShusen,Email:shusenzheng@zju.edu.cn

Machine perfusion is an alternative treatment for organ preservation and transportation. Compared to static cold storage, machine perfusion improves preservation quality, resuscitates marginal organs, and even expands the donor pool. Currently, several research centers focus on the machine perfusion systems, some of which have applied in clinic. Here we address the machine perfusion systems and review these cutting edge.

Machine perfusion; Static cold storage; Organ transplantation; Marginal organ

10.3877/cma.j.issn.1674-3903.2016.02.009

國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新群體(81421062)；國(guó)家自然科學(xué)基金重大研發(fā)計(jì)劃(91542205)；傳染病重大專項(xiàng)(2016ZX10002020)；青年863項(xiàng)目(2015AA020923)；國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(81470891)

310003 杭州，衛(wèi)生部多器官聯(lián)合移植重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1，浙江省器官移植重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2，浙江大學(xué)附屬第一醫(yī)院肝膽胰外科3，傳染病診治協(xié)同創(chuàng)新中心4

鄭樹森，Email： zyzss@zju.edu.cn

2016-02-15)