第三節 機械灌注裝置研發現狀

機械灌注是一種再次復興的器官保存、轉運方式，相比于傳統靜態冷保存其能提高器官體外保存效果、挽救邊緣供器官進而拓展供器官來源。目前國內外有多個研究中心致力于器官機械灌注系統研發，諸多相關產品已應用或即將應用于臨床。現就肝、腎心肺等大器官機械灌注系統進展做一綜述。

一、肝臟

目前供肝機械灌注主要包括以下幾個系統：低溫機器灌注中有肝臟轉運設備Lifeport Liver Transporter（Itasca，IL，USA）和肝臟輔助裝置Liver Assist device（Groningen，The Netherlands）及國內鄭樹森院士團隊研發的集成HMP設備，常溫機器灌注有器官常溫攜氧灌注設備OrganOx system（Oxford，UK）（圖1-2）。這些產品均尚處于臨床試驗階段。此外，2015國際肝病會議（The International Liver Congress TM 2015）報道可攜帶機械灌注儀器Airdrive可以有效維持DCD供肝質量及活力。在大動物上驗證其效果，發現Airdrive儀器保存供肝后5天生存率100%，但其研究結果尚無文獻發表。

哥倫比亞大學James Guarrera團隊首次報道了低溫機械灌注應用于臨床肝移植，證實LifeportLiver Transporte應用于臨床安全有效，可以顯著降低術后早期移植物失功；2015年該研究小組又證實這項技術可以用于挽救邊緣供肝，臨床廢棄的肝臟經低溫機械灌注后可成功進行受體移植，為拓展供肝來源提供新思路。此外，基于ECOPS設備的低溫攜氧灌注系統（HOPE）也有臨床肝移植應用報道，證實HOPE方案對DCD供肝、再灌注損傷都有保護作用。OrganOx系統是第一款常溫機械灌注系統，此款產品近期完成臨床Ⅰ期臨床試驗。結果顯示其在離體供肝臟保存方面安全有效，相比于SCS可以顯著改善術后7天內肝功能水平。UW液仍是肝臟機械灌注系統最常用的保存液。

二、腎臟

腎臟低溫機械灌注主要包括以下系統：Lifeport腎臟轉運器（Zaventem，Belgium）、脈沖式的灌注泵系統RM3（Minneapolis，USA）、Kidney Assist device（Groningen，The Netherlands）（圖1-3），三者均已應用于臨床，自低溫機械灌注問世以來，腎臟保存方式的選擇一直存在爭論。理論上，低溫機械灌注具有保持血管通暢、提供部分能量和氧氣、清除代謝廢物等優勢。Lifeport腎臟轉運器應用最為廣泛，全世界已經應用不少于5萬例臨床腎移植，臨床結果顯示相比于SCS移植減少術后遲發型移植物失功（DGF）、降低術后排斥和改善纖維化、減少醫療開支以及改善臨床預后。目前，尚未發現腎臟攜氧低溫機械灌注的臨床報道。腎臟低溫機械灌注液主要為腎臟保存溶液-1（KPS-1 kidney preservation solution-1，即UW-G）和組氨酸-色氨酸-酮戊二酸溶液HTK液，KPS-1為國際公認的規范而標準的腎臟機械灌注液，其在國內也得到廣泛使用。

移植腎常溫機械灌注在1976年首次提出，近年首次應用于臨床，但這些系統多為自制系統，尚未商業化。英國萊斯特綜合醫院研究結果證實其在減少DGF方面同樣效果顯著。

三、心臟

SCS是心臟移植最常用的保存方式，但其保存時限僅4小時。這極大地限制了心臟移植的發展，這也是美國所有心臟捐獻中僅只有27%捐獻成功的原因之一。而如此多的供心浪費也導致更多的終末期心臟疾病患者不能及時得到移植機會。

Life Cradle心臟灌注系統（heart perfusion system，Frisco，USA）是從1999年開始研發的低溫機械灌注儀器，它具有操作簡單、輕便、可攜帶等特點（圖1-4）。目前，基于該設備在德克薩斯大學西南醫學中心（Texas Southwestern and Texas Tech University）已經進行了300余例動物實驗，這些數據不但優化設備參數設定且證實了其心臟保存效果優于傳統冷保存。臨床試驗進一步證實此結論且可以將離體心臟安全保存實現拓展至12小時，另外，在受試的33例臨床供心中有50%的棄用心臟經過Life Cradle心臟灌注系統灌注后可以重新應用于心臟移植。除了將棄用肝臟修復再利用外，此系統還有助于更好地保存DCD供心，有望進一步擴展供心來源。此項技術顯著提高了心臟體外保存時間、擴展了心臟轉運距離、提高了供心臟利用率。

四、肺臟

在美國，僅15%的供肺被移植到受體。XPSTM-XVIVO灌注系統（Goteborg，Sweden）是一款肺臟常溫機械灌注設備，曾獲得NASA評選的醫療器械設計一等獎，2014年8月已經獲得FDA批準，目前可在市場上買到成品（圖1-5）。包括離心泵、制冷/制熱裝置、血氣分析模塊和機械通氣模塊，以專用的STEEN Solution為沖洗液然后血液為灌注液，可以在灌注過程中對肺臟進行功能評價。南美一項臨床研究結果顯示應用此項技術后60%的供肺得到了移植，比之前報道的15%整整提高了45%的利用率。另外，此設備也可以用于肺癌、囊性纖維化等的化療、基因甚至干細胞治療。

五、多器官應用

WASOWAVE（Smart Perfusion，LLC，USA）是一款平臺型常溫機械灌注儀器，幾乎適用于各種器官灌注尤其是肝臟和腎臟，已經提交FDA認證（圖1-6）。此設備在常溫下可以實時傳送氧氣、葡萄糖和其他營養物質至離體器官，維持離體臟器活力。核心技術研發了7年，而Smart Perfusion這款設備整整研發了5年，缺點是不可攜帶。

Organ care system（USA）是一款低溫機械灌注設備，臨床試驗證實其適用于肝、腎、心、肺，可以降低離體器官代謝率、延長供器官保存時間，應用于器官復蘇、脂肪肝去脂、轉運等（圖1-7）。它由兩部分組成：可移動平臺加器官特異性灌注系統。可移動平臺包括氧合模塊、泵，最大的特色是包含一塊無線顯示屏可以實時監測顯示灌注過程中的各種參數及器官相關的功能指標。

此外在Lifeport肝臟轉運器與腎臟轉運器的相關技術上，相關研發團隊也研發了一款溫度可控適用于多器官保存的Work Station（Itasca，IL，USA）。它整合了兩個轉運設備的相關技術，能夠實現器官體外溫度控制0~37℃、持續補充氧氣、動態監測器官活力等。具有以下優勢：①減少時間依賴的缺血損傷；②體外供肝功能評估；③挽救邊緣供肝、擴展供器官來源；④增加移植數量、減少移植術后并發癥；⑤改善預后、最大化利用供器官、減少醫療費用。

六、總結

盡管基礎與臨床實踐已證實機械灌注可改善供器官保存質量、延長器官保存時間，靜態冷保存依然是目前器官移植領域的主要方法，由于其簡便、經濟且能滿足大多數器官保存要求。機械灌注設備相對笨重且費用較高，另外需要額外的插管技術，轉運要求也更高。但是隨著公民逝世后器官捐獻成為常態化工作，邊緣供器官的應用如心臟死亡后捐獻也日益增加，遠距離器官轉運進行異地移植需求亦日益增加，傳統的靜態冷保存技術已不能適應新形勢下的器官移植工作要求，機械灌注得到了前所未有的重視，灌注產品也層出不窮。

目前器官移植領域低溫機器灌注系統應用較廣泛，但灌注的途徑、灌注的流速及壓力、氧合的程度、溫度等主要參數，目前尚未統一共識。另外，相比于低溫機械灌注，常溫機械灌注能夠維持腎臟的正常代謝，避免了冷缺血損傷，同時常溫狀態下對于維持細胞的形態和功能有一定意義。NMP的灌注液多為血制品，為離體器官功能性質量評價提供了有利條件。常溫機械灌注除了保存器官外，在邊緣供腎的質量修復方面可能更有優勢，此觀點還需更多臨床研究證實。

隨著生物醫學、工程學及移植技術的不斷進步，新型的機械灌注設備必將更加易于操作、便攜、穩定有效，其帶來的器官保存與修復的新技術革命，必將更好地改善供器官質量、改善移植預后，最終造福病患。