苏黎世联邦理工学院：回到未来

在苏黎世怀斯研究所（Wyss Zurich）的资助下，苏黎世联邦理工学院和苏黎世大学医院的跨学科研究小组开发了一种设备，通过仿真一系列身体功能来显著延长供体肝脏在人体外的保存时间，效果十分显著。dSPACE MicroLabBox 执行中央控制任务。

多年来，对供体肝脏的需求一直在急剧增长，现有的器官供应十分紧张。每一次成功的肝脏移植都能有效地延长一位患者的寿命。正因如此，我们需要以最优方式使用现有的供体肝脏。肝脏或部分肝脏越健康，患者恢复正常生活的可能性就越大。因此，我们急需延长肝脏在人体外保存的时间。这正是这款新型灌注机的亮点。

与时间赛跑

目前市面上的灌注机最多可让移植的供体肝脏保存 24 小时。其实，最理想的状态是延长到一周。为了延长这一时间，一个由外科医生、工程师和生物学家组成的跨学科研究团队（Liver4Life 项目）于 2015 年的年中开始开发一种创新型灌注机。它仿真了许多身体功能，并为供体肝脏提供了一个尽可能类似于人体状况的环境。因此，肝脏不仅可以在体外存活长达一周，其活性也能得到相当大的改善，这为未来的移植创造了更多的可能性。例如：

根据测量数据可靠地估计供体肝脏的健康状况
提高先前受损肝脏的质量
未来可能实现部分肝脏的再生
自体器官捐赠成为可能

最终，我们可以更有效地使用供体肝脏。如果自体捐赠得以实现，供体肝脏需求甚至有可能彻底消失。

灌注：
器官的人工循环

以自然作为角色模型

为了在体外保存肝脏，通常的做法是用冰将肝脏包起来，这种方法称为静态冷藏，以将新陈代谢过程减少到最低限度。然而，供体肝脏中的所有生化过程都要继续，就像它仍然在体内一样。为此，必须从医学角度详细描述肝脏的代谢功能，以便工程师可以在机器设备中实现这些需求。长期灌注有五项关键功能：控制葡萄糖代谢、防止溶血（红细胞破裂）、排出废物、控制通过灌注液（用于器官人工灌注的液体，在这种情况下是血液）的氧气供应，以及仿真隔膜移动。

肝脏的新生境

在人体内，肝脏通过两条血管供血。在这两条血管中，血压以及血液中氧气、激素和营养物质的比例都有所不同。在体外，这一切都由 Liver4Life 灌注机负责实现。我们将供体肝脏与机器相连，但这远非为其提供标准的营养物质、神经递质和氧气那么简单。这种供应必须根据肝脏的需要进行调整。肝脏代谢产生的废物通过透析或胆汁排出。离开肝脏的液体会输送回系统中。为了为肝脏营造与原生环境相同的生境，我们使用一系列传感器来传输数据，基于这些数据，我们通过各种执行器来调整肝脏供应。传感器始终监控其状况。此外，人造隔膜还能仿真真实隔膜的运动，以防止肝脏压力性坏死（恒定受压造成组织死亡）。这需要多种子电路，并且所有子电路均需要仔细标定。

一个控制单元实现多种功能

MicroLabBox 可作为控制单元，来仿真这种情况下所需的大脑功能。苏黎世联邦理工学院正使用这一单元进行车辆开发，因此他们已经有了一定的经验。MicroLabBox 因其灵活性和高计算能力赢得了诸多好评。MicroLabBox 不仅作为传感器和执行器之间通信的 I/O 接口，还充当中央计算单元。他们还使用了 dSPACE 实验软件 ControlDesk，因此可以在实时应用运行时访问这些应用。因此，当供体器官与机器相连时，不仅可以监测肝脏的供应参数，还可以调整供应参数。

仿真成就更高的质量

灌注机大大提升了在人体外维持供体肝脏代谢功能的可能性。这些结果令人十分振奋，那么接下来该做什么？现在需要通过临床研究来证明，即使是普通质量的肝脏也可以在灌注后进行移植。利用灌注机提供的代谢数据，我们可以对器官质量进行可靠评估。从长远来看，肝脏强大的自我再生能力也不容忽视，这样一个供体肝脏可以同时惠及多名患者。此外，还可以尝试（比方说，对于癌症患者）切下肝脏的健康部分，在 Liver4Life 机器中进行再生，然后重新移植。这不仅有可能挽救患者的生命，甚至他们不必终生服药来抑制人体对新器官的排异反应。在这种情况下就不需要供体肝脏。新型灌注机让人们重新燃起了希望。我们期待着通过更好地利用优质供体肝脏甚至自体器官捐赠来挽救更多生命。

由苏黎世联邦理工学院、苏黎世大学医院和苏黎世怀斯研究所友情提供