创新背景

氧气对生物的重要性不言而喻，大多数的生物都需要氧气才能存活，尤其是对哺乳动物来说，氧气更是不可或缺。如果没有氧气，哺乳动物的细胞——尤其是脑细胞会迅速死亡。即使哺乳动物在细胞缺氧一段时间后恢复了氧气，也会收到损伤，这一现象被称为缺血-再灌注损伤。

事实上，氧气无处不在，但缺氧却随时都有可能发生，中风、心脏病发作或呼吸停止都会导致组织器官缺氧。因此科学家们一直在寻找能够保护组织器官免受缺血-再灌注损伤的有害影响的方法。

血液循环是组织器官的链接纽带，血管就像一张错综复杂的网遍布全身，将营养物质和氧气输送到身体的各个部位。当血液循环停止，营养物质和氧气的缺乏就会导致细胞死亡和器官损伤。

2019年4月，Nenad Sestan 教授团队就已经创造了一种支持系统——BrainEx，它可以在猪死亡数小时后延缓脑细胞的死亡速度，并恢复了包括海马体在内的部分神经活动。这些结果表明，保护和恢复单个器官的活性是完全可以做到的。然而，若是要把这些干预手段扩展到全身水平却很有难度。

创新过程

2022年8月3日，美国耶鲁大学医学院 Nenad Sestan 教授团队开发了一种名为 OrgnEx 的系统。通过在心脏停止跳动一小时后的死亡的猪身上进行的实验证明，OrgnEx可以让氧气在猪体内循环，能保留组织完整性，减少了细胞死亡并恢复多个重要器官的特定分子和细胞过程，还能恢复整个身体的循环。这项研究成果以Cellular recovery after prolonged warm ischaemia of the whole body 为标题，发表在 Nature 期刊。

在这项研究中，研究人员基于2019年制造的 BrainEx ，开发了一种新型全身性保护系统——OrgnEx。它可以与死亡动物的循环系统相连，泵入液体中所含的因子能够抵消血液循环停止导致的破坏性代谢物和电解质失衡。

研究团队在心跳停止1小时的已死亡的猪身上测试了这一系统，并将之与更传统的恢复循环系统——体外膜氧合系统（ECMO）进行了比较。

当心脏停止跳动后，器官会开始肿胀，血管塌陷、血液循环停止。然而研究结果显示，经过 OrgnEx 系统6小时的治疗后，心跳停止的猪的血液循环恢复了，多个器官在细胞和组织水平上也表现出功能活性，甚至在显微镜下都难以区分健康器官和死亡后用 OrgnEx 系统治疗的器官。这表明OrganEx 能很好地保存组织完整性，减少细胞死亡，并恢复多个重要器官（如心脏、脑、肝脏和肾脏）中特定的分子和细胞。与 ECMO 相比，用 OrganEx 处理的器官较少出现出血和组织肿胀，并且没有检测到典型的缺氧导致的电解质紊乱和异常酸性的体液。

此外，对脑、心、肺、肝、肾和胰腺组织的深度分析显示，与 ECMO 相比，OrganEx 灌注后细胞破坏更少，并可以观察到器官特异和细胞类型特异的基因表达模式，表明身体发生了修复过程。研究人员甚至还发现了 OrganEx 灌注的猪肾脏中细胞增殖的证据。
Nenad Sestan 教授表示，还需要进一步探索和开发才能深入了解 OrganEx 系统在动物死亡后恢复细胞和血液循环的潜力。

更重要的是，从这些研究结果来看，OrganEx 能在正常体温下很好地维持已死亡个体的组织器官，这意味着 OrganEx 完全可以作为一种供体器官的保存装置，尤其是那些对缺氧耐受性较低的器官。这一器官保存策略或将可以减少捐献器官的损耗，从而改善全球供体短缺的现状。

创新关键点

研究团队开发出了一种名为 OrgnEx 的系统，经实验表明，该系统可以让氧气在死亡的猪体内重新循环，减少细胞死亡并恢复整个身体的循环。这项研究可能有助于延长手术期间人体器官的健康，还可用于保存组织器官，增加移植器官的可用性。