第三节 机械灌注装置研发现状

机械灌注是一种再次复兴的器官保存、转运方式，相比于传统静态冷保存其能提高器官体外保存效果、挽救边缘供器官进而拓展供器官来源。目前国内外有多个研究中心致力于器官机械灌注系统研发，诸多相关产品已应用或即将应用于临床。现就肝、肾心肺等大器官机械灌注系统进展做一综述。

一、肝脏

目前供肝机械灌注主要包括以下几个系统：低温机器灌注中有肝脏转运设备Lifeport Liver Transporter（Itasca，IL，USA）和肝脏辅助装置Liver Assist device（Groningen，The Netherlands）及国内郑树森院士团队研发的集成HMP设备，常温机器灌注有器官常温携氧灌注设备OrganOx system（Oxford，UK）（图1-2）。这些产品均尚处于临床试验阶段。此外，2015国际肝病会议（The International Liver Congress TM 2015）报道可携带机械灌注仪器Airdrive可以有效维持DCD供肝质量及活力。在大动物上验证其效果，发现Airdrive仪器保存供肝后5天生存率100%，但其研究结果尚无文献发表。

哥伦比亚大学James Guarrera团队首次报道了低温机械灌注应用于临床肝移植，证实LifeportLiver Transporte应用于临床安全有效，可以显著降低术后早期移植物失功；2015年该研究小组又证实这项技术可以用于挽救边缘供肝，临床废弃的肝脏经低温机械灌注后可成功进行受体移植，为拓展供肝来源提供新思路。此外，基于ECOPS设备的低温携氧灌注系统（HOPE）也有临床肝移植应用报道，证实HOPE方案对DCD供肝、再灌注损伤都有保护作用。OrganOx系统是第一款常温机械灌注系统，此款产品近期完成临床Ⅰ期临床试验。结果显示其在离体供肝脏保存方面安全有效，相比于SCS可以显著改善术后7天内肝功能水平。UW液仍是肝脏机械灌注系统最常用的保存液。

二、肾脏

肾脏低温机械灌注主要包括以下系统：Lifeport肾脏转运器（Zaventem，Belgium）、脉冲式的灌注泵系统RM3（Minneapolis，USA）、Kidney Assist device（Groningen，The Netherlands）（图1-3），三者均已应用于临床，自低温机械灌注问世以来，肾脏保存方式的选择一直存在争论。理论上，低温机械灌注具有保持血管通畅、提供部分能量和氧气、清除代谢废物等优势。Lifeport肾脏转运器应用最为广泛，全世界已经应用不少于5万例临床肾移植，临床结果显示相比于SCS移植减少术后迟发型移植物失功（DGF）、降低术后排斥和改善纤维化、减少医疗开支以及改善临床预后。目前，尚未发现肾脏携氧低温机械灌注的临床报道。肾脏低温机械灌注液主要为肾脏保存溶液-1（KPS-1 kidney preservation solution-1，即UW-G）和组氨酸-色氨酸-酮戊二酸溶液HTK液，KPS-1为国际公认的规范而标准的肾脏机械灌注液，其在国内也得到广泛使用。

移植肾常温机械灌注在1976年首次提出，近年首次应用于临床，但这些系统多为自制系统，尚未商业化。英国莱斯特综合医院研究结果证实其在减少DGF方面同样效果显著。

三、心脏

SCS是心脏移植最常用的保存方式，但其保存时限仅4小时。这极大地限制了心脏移植的发展，这也是美国所有心脏捐献中仅只有27%捐献成功的原因之一。而如此多的供心浪费也导致更多的终末期心脏疾病患者不能及时得到移植机会。

Life Cradle心脏灌注系统（heart perfusion system，Frisco，USA）是从1999年开始研发的低温机械灌注仪器，它具有操作简单、轻便、可携带等特点（图1-4）。目前，基于该设备在德克萨斯大学西南医学中心（Texas Southwestern and Texas Tech University）已经进行了300余例动物实验，这些数据不但优化设备参数设定且证实了其心脏保存效果优于传统冷保存。临床试验进一步证实此结论且可以将离体心脏安全保存实现拓展至12小时，另外，在受试的33例临床供心中有50%的弃用心脏经过Life Cradle心脏灌注系统灌注后可以重新应用于心脏移植。除了将弃用肝脏修复再利用外，此系统还有助于更好地保存DCD供心，有望进一步扩展供心来源。此项技术显著提高了心脏体外保存时间、扩展了心脏转运距离、提高了供心脏利用率。

四、肺脏

在美国，仅15%的供肺被移植到受体。XPSTM-XVIVO灌注系统（Goteborg，Sweden）是一款肺脏常温机械灌注设备，曾获得NASA评选的医疗器械设计一等奖，2014年8月已经获得FDA批准，目前可在市场上买到成品（图1-5）。包括离心泵、制冷/制热装置、血气分析模块和机械通气模块，以专用的STEEN Solution为冲洗液然后血液为灌注液，可以在灌注过程中对肺脏进行功能评价。南美一项临床研究结果显示应用此项技术后60%的供肺得到了移植，比之前报道的15%整整提高了45%的利用率。另外，此设备也可以用于肺癌、囊性纤维化等的化疗、基因甚至干细胞治疗。

五、多器官应用

WASOWAVE（Smart Perfusion，LLC，USA）是一款平台型常温机械灌注仪器，几乎适用于各种器官灌注尤其是肝脏和肾脏，已经提交FDA认证（图1-6）。此设备在常温下可以实时传送氧气、葡萄糖和其他营养物质至离体器官，维持离体脏器活力。核心技术研发了7年，而Smart Perfusion这款设备整整研发了5年，缺点是不可携带。

Organ care system（USA）是一款低温机械灌注设备，临床试验证实其适用于肝、肾、心、肺，可以降低离体器官代谢率、延长供器官保存时间，应用于器官复苏、脂肪肝去脂、转运等（图1-7）。它由两部分组成：可移动平台加器官特异性灌注系统。可移动平台包括氧合模块、泵，最大的特色是包含一块无线显示屏可以实时监测显示灌注过程中的各种参数及器官相关的功能指标。

此外在Lifeport肝脏转运器与肾脏转运器的相关技术上，相关研发团队也研发了一款温度可控适用于多器官保存的Work Station（Itasca，IL，USA）。它整合了两个转运设备的相关技术，能够实现器官体外温度控制0~37℃、持续补充氧气、动态监测器官活力等。具有以下优势：①减少时间依赖的缺血损伤；②体外供肝功能评估；③挽救边缘供肝、扩展供器官来源；④增加移植数量、减少移植术后并发症；⑤改善预后、最大化利用供器官、减少医疗费用。

六、总结

尽管基础与临床实践已证实机械灌注可改善供器官保存质量、延长器官保存时间，静态冷保存依然是目前器官移植领域的主要方法，由于其简便、经济且能满足大多数器官保存要求。机械灌注设备相对笨重且费用较高，另外需要额外的插管技术，转运要求也更高。但是随着公民逝世后器官捐献成为常态化工作，边缘供器官的应用如心脏死亡后捐献也日益增加，远距离器官转运进行异地移植需求亦日益增加，传统的静态冷保存技术已不能适应新形势下的器官移植工作要求，机械灌注得到了前所未有的重视，灌注产品也层出不穷。

目前器官移植领域低温机器灌注系统应用较广泛，但灌注的途径、灌注的流速及压力、氧合的程度、温度等主要参数，目前尚未统一共识。另外，相比于低温机械灌注，常温机械灌注能够维持肾脏的正常代谢，避免了冷缺血损伤，同时常温状态下对于维持细胞的形态和功能有一定意义。NMP的灌注液多为血制品，为离体器官功能性质量评价提供了有利条件。常温机械灌注除了保存器官外，在边缘供肾的质量修复方面可能更有优势，此观点还需更多临床研究证实。

随着生物医学、工程学及移植技术的不断进步，新型的机械灌注设备必将更加易于操作、便携、稳定有效，其带来的器官保存与修复的新技术革命，必将更好地改善供器官质量、改善移植预后，最终造福病患。