生命之初，人是健康而快乐的，那时候的身体各项机能完好，如同一辆刚买来的新车，只需要给油就能快速行驶，但随着年龄的增长，新车变旧车，免不了我们停下匆忙的步伐，对其进行修修补补。
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人体的“零部件”坏了，该如何维修？
修补人体的“零部件”与维修汽车有区别吗？其实差别很大。汽车坏了，我们可在维修点对其进行修补或直接更换，例如轮胎老化，我们可换一个新轮胎；油箱漏油，我们可对油箱修补，或者干脆换一个，甚至发动机坏了，我们也可以对其进行维修或替换。
换成人是否也同样成立，答案只是部分肯定。随着现代科学的进步，人类解决医学问题大为提高，目前人身上还有诸多“零部件”不可更换，虽然我们已从皮肤到关节，甚至心脏都可以进行移植，但还是有诸多部位不可更换，例如头颅，近年来，有关头颅移植的话题议论纷纷，虽然在小鼠或猴子身上曾实现过头颅移植，但它们仅存活很短的时间，算不上成功。意大利卡纳维罗医生一直想将其应用于人身上，显然这一手术极具风险。
另一个显著不同的是，人体器官的移植需要考虑移植的器官与其他器官协调，以及与受体（需要移植器官的一方）的血液循环系统和免疫系统相匹配，否则移植的器官很容易引起强烈的免疫排斥反应而坏死，甚至造成器官移植的受体死亡。这与汽车的零部件维修大不一样。
随着全球各国老龄化的到来以及医学技术的进步，器官移植需求进一步加大。器官移植可以分为三类：自体移植、同种移植以及异种移植。所谓自体移植，是通过将组织和器官从身体的一个部分移植到另一部分，例如我们常见的自体皮肤移植。这种移植不受免疫排斥的影响；同种移植，移植发生在同一物种不同个体间，由于不同个体在免疫系统上存在差异，所以同种移植在手术时需考虑免疫排斥反应；异种移植，即器官移植发生在不同种类的物种之间，通常来说这两个物种亲缘关系（进化上的种属关系）较近，否则移植的器官难以成功，异种移植也会有强烈的免疫排斥反应发生。
以上三种不同的器官移植类型，会带来生理功能不匹配、新的传染病以及移植排斥等方面的风险，前两个风险，我们较容易控制，但免疫排斥仍是器官移植，尤其是异种器官移植的难点。通常情况下，接受器官移植的个体需要服务免疫抑制剂，如环孢素、皮质类固醇、硫唑嘌呤等，这些药物无一都指向了器官移植受体的免疫细胞，抑制剂通过抑制淋巴细胞的活化或增殖，从而抑制器官移植过程中的免疫排斥反应，增加器官移植成功的概率。
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“维修”人体的零部件从何而来？
但紧接着我们会面临另一个问题，这些器官从何而来？目前，器官移植供体在世界范围内都比较紧缺，显然单靠从人身上获取，难以满足市场需求，这必须从其他物种身上获得对器官的需求。这就是我们今天讲述的重点内容，如何进行器官的异种移植?
异种器官移植早在现代医学技术出现前，就存在于具有先见的医生脑海中，但是这一想法在当时过于前卫，以至于最后均已失败而告终。最早的异体器官移植手术可追溯到大约300年，那时候没有动物临床试验一说，医生一上来就开始在患者身上进行实践，所以失败率高，死亡风险大。但是这些先行者的实践仍具价值，因为他们启迪后来者如何攻克异种器官移植面临的困境。
上世纪初，医生也加大了对异种器官的探索，一名叫Princeteau的医生，曾将兔子的肾脏移植到肾脏发育不全的小孩体内。随后，其他医生们也开始从山羊、猪以及灵长类动物身上寻找人类器官的来源。
1984年，一名小女孩因为先天性左心室发育不全，而采用移植狒狒的心脏，但是在心脏手术成功移植后的第21天，小女孩还是以死亡告终，因为血型不匹配，狒狒携带罕见的O型血，与人类的O型血并不匹配。
这些尝试最终均以失败而告终，因为人体对异种器官的强烈免疫反应，足以让他们死亡。
通过在山羊、狒狒、兔子、狗身上的一轮失败实验后，人类探索的步伐并未止步，来源丰富的猪自然而然受到人们的关注，并成为理想的器官供体来源。对于很多人来说，憨态可笑的猪是宠物，也是人类肉食的主要来源，但在医学专家看来，猪会是理想的器官移植的主要来源。因为猪身上的很多器官大小，如心脏、肾等跟人差不多大小，这也意味着其发挥的功能作用，比较类似。但我们能否直接从猪身上取出相应的器官，移植到人身上呢，显然这样做是不行的。
人和猪身上的器官大小比较，图片来自nai500.com
研究者从基因修饰的猪身上，取出的肺，图片来自nature.com
这主要是考虑到两个方面的因素：第一、还是免疫排斥反应。我们身体中的免疫器官如同永不知疲倦的卫士一样，它们时刻检查身体中外来的成分，这些成分既可以是细菌、病毒，也可以是外来的器官、组织。如果移植的器官未经进行免疫同源化，很容易会引起我们自身的免疫细胞的杀伤，最终导致器官移植失败；第二、移植器官是否存在病毒，由于猪自身携带诸多病毒，其身上的器官同样携带有病毒。如果想移植猪的器官，显然在一开始就要“剔除”病毒，接下来，我们该如何做呢？
如何让猪成为理想的器官供体来源？
这就需要利用到当下生命科学领域，最为热门的一门技术：CRISPR/Cas9技术。我们须对其基因进行编辑，从而减少猪的器官携带病毒。哈佛大学医学院的乔治·丘奇（Geogre Church），不仅是华人天才科学家张锋的导师，同样也是另外一名年轻有为的华人科学家杨璐菡的导师。
如何通过基因编辑技术实现安全的器官移植，图片来自eGenesis.com
杨璐菡与丘奇教授一起成立一家基因编辑公司eGenesis，该公司是一家专门通过基因编辑技术为患者提供安全有效的抑制细胞、组织或器官。通过CRISPR/Cas9技术，对猪的基因进行编辑，从而使其器官不携带相关病毒，成为理想的器官供体来源，解决全球范围内的器官短缺问题。
基因编辑领域的先锋杨璐菡
杨璐菡出生于中国四川，在北京大学获得学士学位，之后在美国哈佛大学获得博士学位。她在异种器官移植领域做出非常出色的成绩，获得了福布斯“30位30岁以下”商业领袖、世界经济论坛“年轻领袖”等荣誉。
从异种器官移植到PDX动物模型的构建
由于异种器官移植近年来在医学以及临床研究领域，衍生了一种非常有价值的动物模型，这种就是肿瘤移植模型（Patient-derived xenograft）。通过在实验动物（通常是小鼠或大鼠）身上“种植”人体身上的不同肿瘤组织，从而在体外模拟肿瘤发生、发展过程，再通过给予这些疾病模型动物不同剂量以及品种的药物，从而找到最佳的药物治疗方案。
人体的肿瘤组织移植到小鼠身上，构建疾病模型
与此同时，PDX动物模型为患者的疾病分子分型带来极大的推动，让医生能够给予更好的治疗方案，同时它们也推动了药物研发进程，通常新药研发出来，我们需要在人源化的PDX动物身上进行试验，从而取得药物的有效性数据。
这是发生在实验动物身上的“器官移植”，但是它与人类的健康息息相关。这些试验动物牺牲自己的健康，为正确诊断人类疾病带来福祉。
从猪身上获得人类所需的器官，虽然非常美好，但正如前文所述，异种器官移植风险极大，所以任何的器官移植手术需要慎重考虑，充分考虑其对患者的益处和风险，正如世界卫生组织表示，确保在批准移植之前，管理当局对任何临床实验或程序的风险和潜在益处，进行恰当的权衡。
编辑：姚迪
（作者：纪十，科普作者，生命健康领域观察者，科普中国微平台原创首发）
器官移植将健康的器官移植到通常是另一个人体内使之迅速恢复功能的手术，目的是代偿受者相应器官因致命性疾病而丧失的功能。广义的器官移植包括细胞移植和组织移植。若献出器官的供者和接受器官的受者是同一个人，则这种移植称自体移植；供者与受者虽非同一人，但供受者（即同卵双生子）有着完全相同的遗传素质，这种移植叫做同质移植。人与人之间的移植称为同种(异体)移植；不同种的动物间的移植（如将黑猩猩的心或狒狒的肝移植给人），属于异种移植。
常用的移植器官有肾、心、肝 、胰腺与胰岛、甲状旁腺、心肺、骨髓、角膜等。在发达国家，肾移植已成为良性终末期肾病（如慢性肾小球肾炎、慢性肾盂肾炎等所致的慢性肾功能衰竭）的首选常规疗法。
【器官移植历史】
器官移植是活性移植，要取得成功，技术上有3个难关需要突破。
一是移植器官一旦植入受者体内，必须立刻接通血管，以恢复输送养料的血供，使细胞赖以存活，这就要求有一套不同于缝合一般组织的外科技术，而这种完善的血管吻合操作方法，直到1903年才由A.卡雷尔创制出来。
二是切取的离体缺血器官在常温下短期内（少则几分钟，多则不超过1小时）就会死亡，不能用于移植。而要在如此短促的时间内完成移植手术是不可能的。因此，要设法保持器官的活性，这就是器官保存。方法是降温和持续灌流，因为低温能减少细胞对养料的需求，从而延长离体器官的存活时间，灌流能供给必需的养料。直到1967年由F.O.贝尔泽、1969年由G.M.科林斯（均为美国人）分别创制出实用的降温灌洗技术，包括一种特制的灌洗溶液，可以安全地保存供移植用肾的活性达24小时。这样才赢得器官移植手术所需的足够时间。
三是医疗上用的器官来自另一个人。但是受者作为生物有着一种天赋的能力和机构（免疫机构），能对进入其体内的外来“非己”组织器官加以识别、控制、摧毁和消灭。这种生理免疫过程在临床上表现为排斥反应，导致移植器官破坏和移植失败。移植器官正象人的其他细胞一样，有二大类主要抗原：ABO血型和人类白细胞抗原(HLA)，它们决定了同种移植的排斥反应。ABO血型只有4种(O、A、B、AB)，寻找ABO血型相同的供受者并不难；但是HLA异常复杂，现已查明有7个位点，即HLA——A、B、C、D、DR、DQ、DP，共148个抗原，其组合可超过200万种。除非同卵双生子，事实上不可能找到HLA完全相同的供受者。所以，同种移植后必然发生排斥反应，必须用强有力的免疫抑制措施予以逆转。到1960年代才陆续发现有临床实效的免疫抑制药物：硫唑嘌呤(1961)、泼尼松(1963)、抗淋巴细胞球蛋白(ALG，1966) 、环磷酰胺(1971)，这以后才能使移植的器官长期存活。1962年美国J.E.默里（1990年诺贝尔生理学或医学奖获得者）第一次进行人体肾移植获得长期存活，器官移植作为医疗手段，才成为现实。
【第一次器官移植】
1989年12月3日，世界首例肝心肾移植成功。这一天，美国匹兹堡大学的一位器官移植专家，经过21个半小时的努力，成功地为一名患者进行了世界首例心脏、肝脏和肾脏多器官移植手术。
这位名叫辛迪－马丁的妇女今年26岁，是第二次接受移植手术治疗。三年前她曾做过心脏移植手术，但她体内对移入的心脏产生了排斥作用，并患了肝炎和肾功能障碍。马丁手术后情况正常。
【种类】
要移植的器官若为成对的器官（如肾），可取自尸体，也可取自自愿献出器官的父母或同胞；而整体移植的单一器官（如心、肝），只能取自尸体。移植于原来解剖部位，叫做原位移植，如原位肝移植，必需先切除原来有病的器官；而移植于其他位置则称为异位移植或辅助移植，原来的器官可以切除也可以保留。若移植的器官丧失功能，还可以切除，并施行再次、三次甚至多次移植。一次移植两个器官的手术叫做联合移植，如心肺联合移植。同时移植3个以上器官的手术叫多器官移植。移植多个腹部脏器（如肝、胃、胰、十二指肠、上段空肠）时，这些器官仅有一个总的血管蒂，移植时只需吻合动、静脉主干，这种手术又名“一串性器官群移植”。现在还不能用动物器官作移植，因为术后发生的排斥反应极为猛烈，目前的药物不能控制，移植的器官无法长期存活。
【应用】
进入80年代后，由于外科技术的进步、保存方法的改进、高速交通的发达、移植中心的建立，特别是新的副作用少、效力强大的免疫抑制剂如环孢素 A和单克隆抗体OKT3的应用，器官移植的疗效大为提高，最新问世的免疫抑制剂为 FK506。现在常用的移植器官有肾、心、肝、胰腺与胰岛、甲状旁腺、心肺、骨髓、角膜等；处于临床初用或实验阶段的有心肺、肺、小肠、肾上腺、胸腺、睾丸以及肝细胞、胎肝细胞、脾细胞输注等。在先进国家中，肾移植已成为良性终末期肾病（如慢性肾小球肾炎、慢性肾盂肾炎等所致的慢性肾功能衰竭）的首选常规疗法，到1990年底全球已施行234559例次（中国5000余次），存活10年以上者成批出现，许多人恢复工作，结婚、生育一如常人。心、肝移植到1990年共分别施行16136和14168例次(在中国分别为3和58例)，1年存活率分别达90％和80％以上，最长存活均已20年，工作、生活均甚满意。胰腺移植到1990年底已达2836例次（中国8例次），已出现8年以上有功能存活者，适用于治疗Ⅰ型糖尿病。一串性器官群移植到1990年已有21例，其中治疗上腹部肝、胰等恶性肿瘤伴有腹腔淋巴转移的15例中，有9例长期存活。中国在带血管胚胎甲状旁腺移植、胚胎胰岛移植以及带血管异体脾移植、肾上腺移植等方面积累了较多经验，成绩较好，而国外对这些移植极少报道。 有些部位，如角膜的移植较为特殊。可能由于该部位没有血管生长，血流中的免疫活性淋巴细胞不能接触角膜，这儿成为免疫特惠部位。因此，角膜原位移植很少发生排斥反应，效果甚好，成功率达95％以上；即使发生排斥，也仅表现为角膜混浊，应用泼尼松龙有效。角膜移植已成为常规手术，在眼科中广泛应用。
【组织移植】
指各类组织包括皮肤、脂肪、筋膜、肌腱、硬膜、血管、淋巴管、软骨和骨的移植。其中除同种皮肤移植属活性移植，其表现与上述器官移植特点相同外，其他各类组织移植则属于另一种类型，叫做非活性移植或结构移植。移植后组织的功能并不决定于移植组织内的细胞，而仅仅依靠移植物组织所提供的机械结构：支持性基质和解剖网络，使来自受者的同类细胞得以在此定居。因此，结构移植时移植组织内细胞的活性并非必要，事实上这些细胞已失去活力。新鲜组织可用作移植，有活细胞，移植后不会发生排斥反应，因此，毋须应用免疫抑制药物。
【器官移植中的伦理学问题】
器官移植中主要的伦理学问题是提供器官的供者在什么情况下提供的器官：是否自愿或事先有无同意捐献器官的意愿？是否供者可以不需要这个器官而保持其生活质量？抑或供者已经不再需要所提供的器官？答复如果都是肯定的，器官移植就可视为符合伦理学。
西方国家许多人都立下遗嘱，死后愿将器官无偿地捐献给需要它的人。西方国家车祸较多，因车祸而死亡者身体一般均较健康，器官可供移植。也有亲属自愿献出一个肾脏以挽救亲属生命者。法国则规定，凡生前未表示拒绝捐献脏器者，经治医院有权在其死后将脏器取出以供移植。国外许多国家已开始应用脑死亡概念，若昏迷病人脑电图多次呈一直线，而又不属服用麻醉药、深低温、婴幼儿等情况，即使靠人工呼吸机、升压药物尚能维持心跳血压者，也可确认为死亡，其脏器可提供移植。
美国曾有有申请成立营利性的企业，经营供移植的人类脏器，但被国会否决。因为一旦提供器官有利可图，便可能诱使一些人以此谋利，出售不合格的器官，甚至把急需用钱的人解剖开来拍卖给有钱的人。
器官移植的技术要求较高，费用也很惊人，以最常见的肾移植为例，每例的费用约为3～4万元，还不算手术成功后终身服用的抗排异的免疫抑制剂。肝移植费用更数倍于此。当卫生资源有限时，器官移植病人的费用，往往会挤掉其他人可享用的卫生资源。这是从宏观上不能不考虑的一个伦理学问题，也是一个卫生经济和卫生政策问题。国外在60年代一度广泛开展器官移植，以后逐年减少，收缩到几个中心深入研究。当然，像角膜移植、皮肤移植等费用不大、贮存要求不高而疗效肯定的器官移植是值得推广的。
器官移植是将某个健康的器官通过手术或其他方法放置到一个患有严重疾病、危在旦夕的病人身体上，让这个器官继续发挥功能，从而使接受捐赠者获得新生。
器官移植在二十世纪以前一直是人类的梦想，在二十世纪初期，医学界对治疗那些身体某个器官功能严重衰竭的病人依旧束手无策。由于受种种客观条件的限制，器官移植在当时只是停留在动物实验阶段。到了五十年代，世界各地的医生开始进行人体试验，但由于不能很好地控制移植后的排斥反应，器官移植的效果不尽人意。这种情况一直延续到诺华公司发明了免疫抑制药物--环孢素（新山地明）。环孢素的发明使移植后器官存活率大大提高，器官移植事业得到了飞速的发展，这是二十世纪尖端医学的重大成就之一。
【可以接受器官移植的脏器包括】：
心脏:由各种病因导致的心脏衰竭的病人，心脏移植是唯一的治疗方法。
肺脏:终末期良性肺部疾病的患者，经过传统内科治疗无法治愈，但估计尚有1-3年存活希望，可考虑进行肺移植手术来改善身体状况。
肝脏:处于良性肝病末期，无法用传统内科手术治疗的患者，肝脏移植是唯一的方法。
肾脏:当一些疾病对肾脏产生损害，肾脏不能发挥正常的生理功能时，就会逐渐发展为肾功能不全，氮质血症，其终末期就是尿毒症。挽救尿毒症患者生命的方法包括透析和肾脏移植。
胰脏:胰脏移植多数是与肾脏移植同时进行的，主要用于治疗晚期糖尿病、I型糖尿病、和胰切除后糖尿病。
除了上述器官，尚有患有脾脏、小肠等可以通过接受移植手术获得治愈。
【移植医学的贡献】
半个世纪以来，移植学作为一门独立的学科历经坎坷，达到了今天的临床应用阶段，使得成千上万的终末期患者重获新生。移植医学不愧是本世纪医学奇迹之一，并且不断向其它医学领域扩展和挑战。半个世纪的移植医学对人类的贡献如下：
1. 发现人类及各种常用实验动物的主要组织相容性抗原系统，并明确主要组织相容性复合物(MHC)为移植治疗的基本障碍。
2. 各类器官移植外科技术的发展和完善以及各种显微外科移植动物模型的建立和应用。
3. 免疫抑制剂的开发和临床应用，使器官移植得以成为稳定的常规治疗手段。
4. 从细胞水平到亚细胞水平，直到DNA水平的不断深入的基础研究，为揭示排斥机理、寻求用药对策打下了基础，使临床诊断及治疗水平达到了新的高度。
5. 对新型疾病的认识和挑战，如移植物抗宿主病和本次会议提出的xenosis、微嵌合体与自身免疫性疾病的关系等。
6. 基因治疗在移植学中的应用有可能预示用克隆技术开发无抗原性生物器官替代物的兴起。曾有人提出移植学的最终出路在于免疫耐受和异种移植，而现在则有倾向认为生物工程器官更有可能一箭双雕。
C.A.Vacanti关于组织学工程的演讲使人们进入了对未来的遐想。应用polymer纤维作为基底质，多种细胞得以生长，从而构成具有复性结构的组织。该技术拟用于耳或鼻的再造。英国剑桥大学和F.Bath的研究中心现已初步掌握控制青蛙发育的基因技术，并能重复无头蛙、无肢体蛙或无尾蝌蚪的生长实验。无疑，该技术与克隆羊技术一样，一方面会给移植学带来新的希望，另一方面亦可激发医学伦理学争辩的波澜。
器官移植排斥的类型
一、宿主抗移植物反应
受者对供者组织器官产生的排斥反应称为宿主抗移植物反应（host versus graft reaction，HVGR）根据移植物与宿主的组织相容程度，以及受者的免疫状态，移植排斥反应主要表现为三种不同的类型。
（一）超急排斥
超急排斥(hyperacute rejection)反应一般在移植后24小时发生。目前认为，此种排斥主要由于ABO血型抗体或抗Ⅰ类主要组织相容性抗原的抗体引起的。受者反复多次接受输血，妊娠或既往曾做过某种同种移植，其体内就有可能存在这类抗体。在肾移植中，这种抗体可结合到移植肾的血管内皮细胞上，通过激活补体有直接破坏靶细胞，或通过补体活化过程中产生的多种补体裂解片段，导致血小板聚集，中性粒细胞浸润并使凝血系统激活，最终导致严重的局部缺血及移植物坏死。超急排斥一旦发生，无有效方法治疗，终将导致移植失败。因此，通过移植前ABO及HLa 配型可筛除不合适的器官供体，以预防超急排斥的发生。
（二）急性排斥
急性排斥(acute rejection)是排斥反应中最常见的一种类型，一般于移植后数天到几个月内发生，进行迅速。肾移植发生急性排斥时，可表现为体温度升高、局部胀痛、肾功能降低、少尿甚至无尿、尿中白细胞增多或出现淋巴细胞尿等临床症状。细胞免疫应答是急性移植排斥的主要原因，CD4+T（TH1）细胞和CD8+TC细胞是主要的效应细胞。即使进行移植前HLA配型及免疫抑制药物的应用，仍有30%～50%的移植受者会发生急性排斥。大多数急性排斥可通过增加免疫抑制剂的用量而得到缓解。
（三）慢性排斥
慢性排斥（chronic rejection）一般在器官移植后数月至数年发生，主要病理特征是移植器官的毛细血管床内皮细胞增生，使动脉腔狭窄，并逐渐纤维化。慢性免疫性炎症是导致上述组织病理变化的主要原因。目前对慢性排斥尚无理想的治疗措施。
二、移植物抗宿主反应
如果免疫攻击方向是由移植物针对宿主，即移植物中的免疫细胞对宿主的组织抗原产生免疫应答并引起组织损伤，则称为移植物抗宿主反应（graft versus host reaction,GVHR）。GVHR的发生需要一些特定的条件：①宿主与移植物之间的组织相容性不合；②移植物中必需含有足够数量的免疫细胞；③宿主处于免疫无能或免疫功能严重缺损状态。GVHR主要见于骨髓移植后。此外，脾、胸腺移植时，以及免疫缺陷的新生儿接受输血时，均可发生不同程度的GVHR。
急性GVHR一般发生于骨髓移植后10—70天内。如果去除骨髓中的T细胞，则可避免GVHR的发生，说明骨髓中T细胞是引起GVHR的主要效应细胞。但临床观察发现，去除骨髓中的T细胞后，骨髓植入的成功率也下降，白血病的复发率，病毒、真菌的感染率也都升高。这说明，骨髓中的T细胞有移植物抗白血病的作用，可以压倒残留的宿主免疫细胞，避免宿主对移植物的排斥作用；也可以在宿主免疫重建不全时，发挥抗微生物感染的作用。因此，选择性地去针对宿主移植抗原的T细胞，而保留其余的T细胞，不但可以避免GVHR，而且可以保存其保护性的细胞免疫功能。
【器官移植发展史】
回眸二十世纪医学发展史，器官移植无疑是人类攻克疾病的征程中一座屹立的丰碑。在这其中，肝移植又是难度最大的项目，这不仅要有高水平的外科队伍，同时要有相关学科的大力丰富知识，才能为晚期肝病的患者提供再生的机会。
1977年10月，开展了国内第一例人体原位肝移植
2001年7月，国内第一个施行劈离式肝移植
2004年11月，上海第一个开展小肠和肝脏的联合移植
2004年12月，国内第一例7个脏器的联合移植
2005年7月，国内第一例运用肝移植成功救治一名妊娠合并急性脂肪肝患者
2005年9月，上海第一个将胰十二指肠切除术与肝移植结合
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