近日，中國科大信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院趙剛教授與安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院生殖醫(yī)學(xué)中心曹云霞教授、安徽醫(yī)科大學(xué)附屬巢湖醫(yī)院劉寰忠教授團隊合作，發(fā)展了一種基于多尺度協(xié)同抑冰的全周期低溫保護平臺技術(shù)，成功實現(xiàn)了小鼠卵細胞的高效低溫保存。部分工作得到了中國科大基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院史慶華教授的指導(dǎo)和清華大學(xué)邵玥副教授的幫助。
相關(guān)研究成果以“Multi-Scale Ice Inhibition Platform Enables Full-Cycle Cryogenic Protection for Mouse Oocyte”為題發(fā)表于國際期刊《Advanced FunctionalMaterials》。該結(jié)果對基于卵細胞的女性生育力低溫保存具有重要的參考價值。
生育力保留對于因癌癥治愈或其他原因而推遲生育的女性至關(guān)重要。卵母細胞的玻璃化凍存是目前美國生殖醫(yī)學(xué)會認(rèn)可的生育力保存方法之一，在臨床實踐中得到了廣泛應(yīng)用。然而，由于卵母細胞具有較大的表面積和較高的含水量，它們極易受到冰晶和滲透壓損傷的影響?，F(xiàn)有的玻璃化技術(shù)僅能提供卵母細胞部分的低溫保護，而且所使用的低溫保護劑濃度過高、毒性過大，因此其保存效果并不理想。
圖1.多尺度協(xié)同抑冰低溫保存平臺技術(shù)
圖2.小鼠成熟卵細胞低溫保存后發(fā)育潛能及子代小鼠的行為學(xué)評估
基于此，中國科大低溫生物醫(yī)學(xué)研究團隊開發(fā)了基于多尺度協(xié)同抑冰策略的小鼠成熟卵細胞的低濃度低溫保護劑玻璃化保存方法。他們合成了一種具有全周期低溫保護效果的一體化PFG納米材料(Polyvinyl Alcohol/Fe3O4/Graphene Oxide，簡稱PFG)，并基于該材料進一步發(fā)展了一種多尺度抑冰平臺技術(shù)，在整個凍融過程中可有效抑制冰晶損傷。進而，使用較低濃度的滲透性低溫保護劑（不含 DMSO且毒性極低），實現(xiàn)了批量卵細胞的安全高效低溫保存。
該PFG納米材料構(gòu)建的低溫保護劑溶液體系在冷凍過程中展現(xiàn)出獨特的熱物理性質(zhì)，能夠減少樣品的過冷現(xiàn)象，從而優(yōu)化冰晶的形成。同時，該材料通過與聚乙烯醇（PVA）的相互作用，在冰相中與水分子的羥基形成特定的空間和幾何匹配，促進分子間氫鍵的建立，進而有效限制了冰晶的無序生長。此外，PFG納米材料的光熱和磁熱特性被用于實現(xiàn)凍存樣品的快速且均勻的升溫過程，這一過程顯著降低了反玻璃化現(xiàn)象和由熱應(yīng)力引起的細胞損傷風(fēng)險。采用這種先進冷凍技術(shù)保存的卵細胞顯示出較少的差異表達基因數(shù)，并保持了完整的受精能力和胚胎發(fā)育潛能。實驗中，這些經(jīng)過處理的胚胎被移植到代孕小鼠體內(nèi)，成功誕生了健康的子代，證明了該技術(shù)在生物樣本保存領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價值。
中國科大信息學(xué)院碩士生常鐵（現(xiàn)為清華大學(xué)在讀博士生）和博士生田聰會（現(xiàn)為中國科大附屬第一醫(yī)院（安徽省立醫(yī)院）生殖醫(yī)學(xué)中心助理研究員）為本文的并列第一作者，中國科大信息學(xué)院趙剛教授、安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院生殖醫(yī)學(xué)中心曹云霞教授和安徽醫(yī)科大學(xué)附屬巢湖醫(yī)院劉寰忠教授為本文的共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委和安徽省科技廳的資助。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202402312
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202402312
(信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院、科研部)
