活細(xì)胞樣本，包括血樣中稀有細(xì)胞（用于液體活檢）或治療性細(xì)胞（用于癌癥治療），在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。與傳統(tǒng)的超低溫凍存（-196°C）相比，低體溫保存（1°C-35°C）在保持細(xì)胞樣本穩(wěn)定性方面具有顯著優(yōu)勢：它無需使用有毒的低溫保護劑、避免了耗時的清洗步驟以及昂貴的低溫設(shè)備。然而，在低體溫保存期間，冷誘導(dǎo)的活性氧（ROS）過度產(chǎn)生是導(dǎo)致細(xì)胞損傷的主要原因，溫度越低，ROS產(chǎn)生的越多。傳統(tǒng)方法通常在保存液中添加抗氧化劑（如谷胱甘肽GSH）來延長保存時間，但其效果有限，通常只能在體外維持?jǐn)?shù)小時或幾天的細(xì)胞活性。尤其是在方便于醫(yī)院診所的冰箱冷藏溫度下（4°C），長時間維持細(xì)胞活性一直是一項挑戰(zhàn)。
近日，天津大學(xué)化工學(xué)院楊靜團隊在期刊《Acta Biomaterialia》（IF=9.4）上發(fā)表了題為“Zwitterionic-hydrogel-based Sensing System Enables Real-time ROS Monitoring for Ultra-long Hypothermic Cell Preservation”的研究論文。天津大學(xué)化工學(xué)院博士研究生田云青和馬一鳴為論文的共同第一作者，楊靜副教授為通訊作者；合作作者為天津醫(yī)院康宇翔主治醫(yī)師。該研究得到了天津市教委研計劃項目基金的支持。
圖1 實時ROS水平監(jiān)測和智能控制傳感系統(tǒng)的示意圖及保護機制
該工作以兩性離子材料為基礎(chǔ)，設(shè)計了一種兩性離子-苯硼酸共聚物poly (CBMA-co-MPBA)，可與聚乙烯醇（PVA）溫和交聯(lián)包埋細(xì)胞，形成基于動態(tài)鍵的智能兩性離子水凝膠（ZBA）。ZBA不僅可以為細(xì)胞提供三維支撐環(huán)境，還能夠消除并實時響應(yīng)ROS水平。當(dāng)細(xì)胞生成ROS時，ZBA內(nèi)動態(tài)鍵斷裂，體積膨脹，電阻信號增加；當(dāng)ROS被消除后，體積停止膨脹，電信號維持穩(wěn)定；從而實現(xiàn)體系內(nèi)ROS的實時監(jiān)測。
圖2 ZBA水凝膠的ROS清除性能
圖3 ZBA水凝膠低體溫保存細(xì)胞的效果
圖4. ZBA水凝膠的ROS響應(yīng)性能
圖5. 基于ZBA水凝膠的智能傳感系統(tǒng)長效保存細(xì)胞
通訊作者簡介：
楊靜，天津大學(xué)化工學(xué)院副教授、博士生導(dǎo)師；國家優(yōu)青、國*領(lǐng)域人才。主持國家級重點創(chuàng)新項目、國家自然科學(xué)基金（3項）、科技部重點專項子課題、天津市自然科學(xué)基金、教育部博士后基金、教育部產(chǎn)學(xué)研等項目。主要研究方向為細(xì)胞保存、仿皮膚材料、抗冰涂層、合成生物學(xué)等；在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Chem. Rev., Research, Adv. Func. Mater., AIChE J.等刊物發(fā)表第一作者/通訊作者SCI論文40余篇。
論文信息：
Zwitterionic-hydrogel-based Sensing System Enables Real-time ROS Monitoring for Ultra-long Hypothermic Cell Preservation. Yunqing Tian#, Yiming Ma#, Yuxiang Kang, Shu Tian, Qingsi Li, Lei Zhang, and Jing Yang*. Acta Biomaterialia, 2024, DOI: 10.1016/j.actbio.2024.07.043.
全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.actbio.2024.07.043
