器官移植1——背景介绍：器官移植的“前世今生”

导 读

和义广业【行业分析】之器官移植，以本篇文章为开端，介绍生物型人工器官的行业情况，本篇内容主要介绍了器官移植的现状，简要介绍了以器官移植为核心的相关产业链的市场规模。同时将在后续文章中介绍由于同种异体来源的器官短缺而采取器官移植的探索性方案。

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（一）器官移植简介

人体器官移植，是为救助器官功能衰竭或发生严重病变的患者，而相应地将他人的健康器官植入患者体内，用以挽救、延长患者生命的一种医疗行为。对于终末期肾病患者，肾脏移植是可行情况下的首选治疗方案；相比腹膜或血液透析，肾移植在长期存活率、生存质量和治疗成本等方面均有明显优势。对于肝脏、心脏、肺脏等的终末期疾病患者，器官移植常常是唯一有效的治疗方法。

器官移植的供体来源目前以同种异体为主，最早可以追溯到1954年12月，美国波士顿约瑟夫默里医生在不使用抗排斥药物的情况下，成功地进行了第一例同卵双胞胎肾移植手术，开创了人体器官移植的新纪元。自此，世界范围各地医生开始针对各类人体器官开展移植探索，并不断取得新成果1。

虽然器官移植行业近十年来呈现积极向好的发展趋势， 器官供体短缺和移植物术后长期存活率不高仍然是未来较长一段时间内制约器官移植发展的关键要素2。

1、供体短缺明显

国际器官捐献与移植注册数据显示，2020 年底仍有超过34.54万名患者在等待器官移植， 2020 年内至少有 23,103 名肾脏移植等候名单内患者因未等到器官移植而去世。

全球有逾 266 万名接受透析治疗的终末期肾病（ESRD）患者，尽管肾移植是最理想的治疗方式，但目前仅5.65% ESRD 患者能获得器官移植的机会。供体短缺的矛盾在我国更为突出。

2020 年，美国器官捐献率每百万人口约38，器官移植的供需比约为1:4；2020 年美国肾移植等候名单上的患者有 28.86%接受了手术，根据美国肾脏病数据系统（USRDS） 2021 年报，美国的肾移植中位等候时间超过 50 个月；

目前中国的器官移植全部来自于公民自愿捐献，国内的器官移植目前主要是心、肺、肝、肾四大器官，其中，肾脏移植和肝脏移植数量最多，肝脏移植基本占到每年所有器官移植数量的30%-35%。《中国器官移植发展报告(2021)》数据显示：

2021 年公民逝世后的相关器官捐献量是 5272 例，相较 2020 年(5222 例)有所上升；

2021年百万人口器官捐献率(PMP)为3.73，器官移植的供需比约为 1:30与2020年持平，更有13个省市 PMP 超过全国平均水平；

2021年脑死亡来源器官捐献者(DBD)占比是 62.31%，心脏死亡来源器官捐献者(DCD)占比是25.42%，脑心双死亡来源器官捐献者(DBCD)占比是12.27%；

在器官捐献数量上，2021 年平均每位捐献者捐献器官 3.25 个，平均捐献肝脏0.93个、肾脏1.9个、心脏0.15个、肺脏0.27个；

在捐献器官获取利用率上,相较于2020年的95.85%，2021年再次有所升高,达到 96.40%，肝脏、肾脏、心脏、肺脏的获取利用率均在95%以上。3

每年世界上有超过16万例器官移植和超过25万例人体组织和细胞移植。其中肾移植9万例，肝移植3.2万例，心脏8000例，肺6000例，胰腺2500例。每年每百万人可能需要器官移植的数量为：肾脏74.5例；心脏67.4；肝脏59.1例；胰腺13.7例；肺13.7例；心肺复合体18.5例4。

2、器官移植术后长期存活率不高

根据USRDS 2021 年度报告，公民逝世后器官捐献/活体捐献的肾移植后十年生存率为49.5%/65.5%。合理的免疫抑制对器官移植术后长期存活至关重要。免疫抑制不足可能导致排斥反应，造成移植物结构损伤、移植物功能丢失、再移植困难；免疫抑制过度会增加发生感染和肿瘤的风险。

由于器官移植是大部分终末期器官衰竭患者最终唯一的治疗方法，而人体器官来源严重短缺，极大限制器官移植技术的临床应用，导致很多患者在等待中死亡。随着基因编辑、细胞 3D 打印等技术的推进，目前学者正在进行异种器官和 3D 打印器官的探索。以期能够拓展器官供体的来源。

（二）器官移植产业链

器官移植手术需经历：

①术前免疫风险评估，包括 ABO 血型配对， HLA 配型，供者特异性抗体（DSA）检测，群体反应性抗体（PRA）等；

根据BlueWeave市场报告，2021年全球移植诊断市场规模为39亿美元；Markets and Markets市场调研数据显示，2020年全球治疗药物监测（TDM）市场规模为16 亿美元。

国内企业起步较晚，国内移植诊断市场份额几乎全部由外资占据。其中，配型及抗体检测等领域的主要市场份额由Thermo Fisher Scientific及Immucor, Inc.占据，TDM检测领域市场份额主要由雅培、西门子及罗氏所占据。

②围手术期，器官从供体获取并转运至受体所在医院，经过供体器官的质量评估、修复后实施手术；

移植器官的转运环节要求极其严格，需要保证离体器官避免损伤。传统转运手段，是将其放置于4℃左右的器官保存液中，通过低温环境，抑制器官的新陈代谢和酶类的分解来减轻器官损伤。

目前国产市场厂家只有美国LSI公司产品，LSI公司独特产品是LifePort肾脏灌注箱，肾脏灌注运转箱价格十几万，使用年限一般为5-7年。输注循环管路套装、套管及肾脏灌注液等一次性耗材单价为1万多元。其特点是：

首先，该系统能够持续向器官的血管系统泵入灌注液，向器官供应营养物质，清除细胞的毒性代谢产物和自由基，减轻缺血再灌注损伤；

其次，维持血流动力学刺激，减少血管痉挛，并能够实时监控血管阻力、灌注压、流量等参数来动态评估器官活力。

当前，美国57家OPO中的54家使用LifePort肾脏灌注运转箱进行供肾机械灌注，市场占有率第一；并且，该产品也是唯一一项在中国取得注册证的肾脏机械灌注产品。中国有肾移植资质的148家移植中心，Life Port肾脏移植箱进驻了90家。2016年被健耕医疗以8700万美元收购，目前健耕医疗年营收4亿元。在全球器官保存及修复产品这一细分领域占据50%以上的份额5。

③术后长期管理，为了延长移植器官的存活时间，防止排异反应对移植器官的损伤，移植患者术后需终身服用免疫抑制剂，并进行严谨的术后随访跟踪、定期检测药物浓度、定期监测免疫状态及器官功能状态。

（三）器官移植探索

1、异种器官移植

1964年，美国Keith Reemtsma给1例肾衰竭患者移植了黑猩猩的肾脏，并给予硫唑嘌呤、糖皮质激素、全身照射等免疫抑制治疗，患者术后顺利康复并重返教师岗位，最终存活9个月，死于突发的电解质紊乱；

1984 年，美国Leonard Bailey为刚出生12d，患左心发育不全综合征的女婴移植了 1 颗狒狒的心脏，术后患儿血液学检查、超声心动图和免疫学监测各项指标均正常，但术后11d开始出现呼吸急促以及明显心肌损伤，最终因移植排斥反应仅存活21d；

1992 年，美国Thomas Starzl将狒狒的肝脏移植给了1例急性暴发性肝衰竭患者，患者最终存活70d后死于复合性感染。

医生进行了多次异种器官移植的尝试，但均以失败告终6。此后很长一段时间里，异种器官移植始留在以猪为供体的临床前研究阶段。

近年来，得益于基因编辑领域的技术突破和新型共刺激信号阻断免疫抑制剂的研发，异种器官移植领域取得了许多突破性进展，但大多数研究目前仍处于临床前阶段。

2018年，德国Reichart团队完成了异种原位心脏移植临床前试验，受体狒狒存活195d。

2019年，美国 Kim 等实施猪至恒河猴的原位肾移植，受体猴最长存活 499 d。

2021年异种肾移植进入亚临床试验阶段，美国 Montgomery团队将猪肾移植给了1例脑死亡患者，术后移植肾功能良好，没有出现排斥反应。

2022 年，美国Griffith团队成功将基因编辑猪的心脏原位移植给了1 例 57 岁心力衰竭患者，完成了世界首例基因编辑猪到人的心脏移植。

但临床异种器官移植仍面临很多重要问题，包括克服排斥反应、控制炎症反应、调节凝血紊乱、提高移植物生理相容性、种间感染风险、优化免疫抑制方案、筛选供体基因编辑类型、选择适宜受者人群、完善异种移植指南、明确大众认可度。

2、器官替代疗法

（将以专题形式在下篇内容介绍，本篇内容不作为重点介绍）

3、组织工程

组织工程再生技术是目前学者研究的焦点，旨在通过结合工程学和生物学原理，为受伤的组织创造可用的替代品；该技术可以根据器官损伤患者的情况和损伤的严重程度进行器官移植、替换或修复。组织工程(TE)的使用可以帮助恢复生命和提高生活质量7。迄今为止，还没有获得授权的实质生物人工器官或实质组织的组织工程产品 ( TEP )，少数获得授权的 TEP 包括用于创伤性烧伤的含角质形成细胞的支架片、用于软骨缺损再生的软骨细胞球体和用于角膜缺损再生的自体干细胞等产品8。

在目前的研究阶段，通常将生物材料、干细胞、生长因子复合制成组织工程化制品， 3D 打印技术在其中的作用是作为构建个性化仿生结构的制造技术9。

3D生物打印是在快速成形技术发展的基础上，结合细胞生物学、工程学、计算机辅助设计和生物材料学等多个领域的研究成果发展而来的一种新型的组织工程技术，通过层层叠加的方式沉积细胞、生物材料和活性分子，用以打印人工组织和器官10。

图 3D生物打印示意图11

生物3D打印技术最明显的特点是利用活细胞、聚合水凝胶等生物活性制剂作为“生物墨水”，在计算机辅助设计(CAD)模型的指导下构建生物人工器官。

参考文献：

[1] 丁甜甜,谈在祥,钱爱兵.我国人体器官移植发展困境及对策研究[J].中国卫生法制,2022,30(05):30-35+53。

[2] 资料来源：健耕医药科创板招股说明书

[3] 资料来源：《中国器官移植发展报告(2021)》

[4] Transplantation of donor organs in the world. Website/Internet resource. Available from: https://rustransplant.com/chislo-transplantaciy-v-mire-uvelichilos/5/. 2022.

[5] 资料来源：公开资料整理以及健耕医疗招股说明书

[6] 窦科峰,张玄.临床异种器官移植十大问题的思考[J].器官移植,2022,13(04):411-416.

[7] Assad H, Assad A, Kumar A. Recent Developments in 3D Bio-Printing and Its Biomedical Applications. Pharmaceutics. 2023 Jan 11;15(1):255.

[8] Salg GA, Blaeser A, Gerhardus JS, Hackert T, Kenngott HG. Vascularization in Bioartificial Parenchymal Tissue: Bioink and Bioprinting Strategies. Int J Mol Sci. 2022 Aug 2;23(15):8589.

[9] 黄文华.生物3D打印在器官再造中的前沿热点和研究进展[J].器官移植,2022,13(02):161-168.

[10] 罗涛,杨亚冬,唐靓,张文元.3D生物打印技术在人工器官中的应用[J].医学研究杂志,2017,46(09):7-10+24.

[11] Song D, Xu Y, Liu S, Wen L, Wang X. Progress of 3D Bioprinting in Organ Manufacturing. Polymers (Basel). 2021 Sep 18;13(18):3178.

封面图来源：图片来自视觉中国官网，侵删

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作者：DU

排版：大大怪