活细胞样本，包括血样中稀有细胞（用于液体活检）或治疗性细胞（用于癌症治疗），在现代医学中发挥着关键作用。与传统的超低温冻存（-196°C）相比，低体温保存（1°C-35°C）在保持细胞样本稳定性方面具有显著优势：它无需使用有毒的低温保护剂、避免了耗时的清洗步骤以及昂贵的低温设备。然而，在低体温保存期间，冷诱导的活性氧（ROS）过度产生是导致细胞损伤的主要原因，温度越低，ROS产生的越多。传统方法通常在保存液中添加抗氧化剂（如谷胱甘肽GSH）来延长保存时间，但其效果有限，通常只能在体外维持数小时或几天的细胞活性。尤其是在方便于医院诊所的冰箱冷藏温度下（4°C），长时间维持细胞活性一直是一项挑战。

  近日，天津大学化工学院杨静团队在期刊《Acta Biomaterialia》（IF=9.4）上发表了题为“Zwitterionic-hydrogel-based Sensing System Enables Real-time ROS Monitoring for Ultra-long Hypothermic Cell Preservation”的研究论文。天津大学化工学院博士研究生田云青和马一鸣为论文的共同第一作者，杨静副教授为通讯作者；合作作者为天津医院康宇翔主治医师。该研究得到了天津市教委研计划项目基金的支持。

图1 实时ROS水平监测和智能控制传感系统的示意图及保护机制

  该工作以两性离子材料为基础，设计了一种两性离子-苯硼酸共聚物poly (CBMA-co-MPBA)，可与聚乙烯醇（PVA）温和交联包埋细胞，形成基于动态键的智能两性离子水凝胶（ZBA）。ZBA不仅可以为细胞提供三维支撑环境，还能够消除并实时响应ROS水平。当细胞生成ROS时，ZBA内动态键断裂，体积膨胀，电阻信号增加；当ROS被消除后，体积停止膨胀，电信号维持稳定；从而实现体系内ROS的实时监测。

图2 ZBA水凝胶的ROS清除性能

图3 ZBA水凝胶低体温保存细胞的效果

图4. ZBA水凝胶的ROS响应性能

图5. 基于ZBA水凝胶的智能传感系统长效保存细胞

通讯作者简介：

  杨静，天津大学化工学院副教授、博士生导师；国家优青、国*领域人才。主持国家级重点创新项目、国家自然科学基金（3项）、科技部重点专项子课题、天津市自然科学基金、教育部博士后基金、教育部产学研等项目。主要研究方向为细胞保存、仿皮肤材料、抗冰涂层、合成生物学等；在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Chem. Rev., Research, Adv. Func. Mater., AIChE J.等刊物发表第一作者/通讯作者SCI论文40余篇。

  论文信息：

  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.

  全文链接：https://doi.org/10.1016/j.actbio.2024.07.043