哺乳动物需要氧气来维持细胞和组织的活力。在缺血后的短短几分钟内，细胞内酸中毒就会发生，并引发细胞膜和细胞器的二次损伤，最终导致细胞死亡。

然而，一些研究开始质疑细胞死亡的必然性，即使在循环中断数小时后亦是如此。

早在2019年，耶鲁大学医学院Nenad Sestan研究团队开发BrainEx技术证明了在离体猪大脑中，在死后数小时内恢复了循环和细胞活动。

时隔3年，Nenad Sestan团队再发重磅新作，他们基于BrainEx技术原理开发了OrganEx技术，这种新型灌注技术将器官“复活“范围从猪大脑扩展到猪全身。

PS：非存活灌注协议是在耶鲁大学机构动物保护和使用委员会以及外部咨询和伦理委员会的协调下实施的，基于预先确定的基本原则，以确保人道和同情的治疗。

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在停止血流或类似的缺血后，有害的分子级联在哺乳动物细胞中开始，最终导致它们的死亡。

然而，通过有针对性的干预，这些过程可以被缓解或逆转，甚至在死后数分钟或数小时内，正如使用BrainEx技术在分离的猪脑中所报告的那样。

迄今为止，将单器官干预转化为完整的全身应用仍然受到循环和多系统生理学挑战的阻碍。

研究者描述了OrganEx技术，这是BrainEx体外灌注系统和细胞保护灌注液的升级，它将应用于猪的全身。

在热缺血1小时后，OrganEx技术的应用保持了组织的完整性，减少了细胞死亡，并恢复了多个重要器官的分子和细胞过程。

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OrganEx包括灌注系统和合成灌注液。灌注系统电路包括一个定制的脉冲发生器，它与一个再现生理压力波形的离心泵相连接。

电路中加入了专门定制的溶液，以应对长期缺血后的电解质和代谢失衡，同时自动血液透析过滤和药物输送系统补充灌注液。

灌注液是基于血红蛋白、非凝固性和细胞保护性的BrainEx灌注液的改进版，现在已经优化为全身兼容。

在OrganEx组，启动灌注方案之前，自体血被排入OrganEx系统，并与灌注液以1:1的有效比例混合，然后用于灌注。

图1 - OrganEx技术和实验工作流程概览

研究者首先研究了在热缺血1小时后，体外灌注是否能恢复全身循环。

与ECMO组相比，研究者观察到OrganEx组的全身灌注强劲，主要管道动脉和器官的对比增强以及彩色多普勒分析显示全身搏动性血流。

通过对静脉血氧饱和度的测定，他们证实了在灌注过程中，OrganEx技术能够向全身提供足够的氧气水平。

总之，OrganEx技术可以在全身范围内恢复循环并恢复观察到的生理和代谢参数。

图2 - 灌注方案中的循环和血液/灌注液特性

在使用OrganEx灌注恢复系统循环和某些关键的代谢参数后，接下来，研究者用无偏取样和组织学分析研究多器官细胞结构的变化。

他们用尼氏染色法分析了海马CA1区和前额叶皮层(PFC)的脑细胞构筑，这两个区域特别容易受到缺血的影响。同时评估了OrganEx对基本外周器官的组织和细胞完整性的影响，包括心脏、肺、肝、肾和胰腺。

研究结果表明，与ECMO相比，没有损伤促进和细胞构筑损伤，重要的是，H&E损伤评分降低，接近OrganEx灌注后0小时的WIT状态。

图3 - 不同实验条件和器官的组织完整性分析

由于OrganEx灌流液中含有细胞死亡的药物抑制剂，根据组织病理学分析，研究者观察到了OrganEx组细胞死亡减少。

然后，他们利用免疫组化分析研究了关键细胞死亡途径的关键蛋白。结果表明OrganEx的灌注减少了caspase-3的激活并降低了细胞凋亡。

在使用OrganEx观察到代谢功能、组织细胞构筑和细胞死亡结果的改善后，研究者接下来详细研究了细胞能量平衡。 

他们用荧光葡萄糖类似物2-NBDG测量了高代谢器官（脑、心、肾）的葡萄糖摄取。

结果表明OrganEx组和0小时WIT组在所有被评估的器官中的葡萄糖摄取水平相当，而ECMO组的细胞葡萄糖捕获量减少，这表明葡萄糖利用受损或细胞渗漏。

图4 - 所选器官的功能特征和代谢活性

为了研究对不同缺血暴露的转录组反应和OrganEx干预的效果研究者进行了RNA测序。

结果揭示了转录组定义的主要细胞类型（T型），与公开的人类和小鼠单细胞数据集相媲美。

进一步研究OrganEx对缺血后脑损伤进展的神经胶质炎症反应的影响表明，在OrganEx组中，海马小胶质细胞促炎性转录增强不存在。

总之，snRNA-seq分析支持研究者在细胞和组织层面的发现，即OrganEx干预后，细胞损伤减少，某些分子和细胞修复过程开始。

图5 - 不同热缺血时间和不同灌注干预下的器官和细胞类型的转录组变化

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研究者描述了OrganEx技术及其支持多个猪器官在长期的热缺血后恢复关键分子和细胞过程的潜力。

这也表明，在循环停止或其他严重缺血应激后，大型哺乳动物身体恢复血流动力学和代谢参数的能力被低估。

此外，他们对多个猪器官进行了全面的单细胞转录组分析，为今后研究细胞类型、缺血和再灌注研究提供了独特的资源。

另外，值得深思的是，为什么仅在Organex组注射对比剂后出现头颈部运动？ 

在研究人员、生物伦理学家和机构委员会的严格伦理审查下，未来对这些运动的描述可能会使人们更好地了解心脏骤停或中风后的神经运动生物学和缺血性病理生理学。

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