近日，中國科大信息科學技術學院趙剛教授與安徽醫科大學第一附屬醫院生殖醫學中心曹云霞教授、安徽醫科大學附屬巢湖醫院劉寰忠教授團隊合作，發展了一種基于多尺度協同抑冰的全周期低溫保護平臺技術，成功實現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醫學院史慶華教授的指導和清華大學邵玥副教授的幫助。
相關研究成果以“Multi-Scale Ice Inhibition Platform Enables Full-Cycle Cryogenic Protection for Mouse Oocyte”為題發表于國際期刊《Advanced FunctionalMaterials》。該結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重要。卵母細胞的玻璃化凍存是目前美國生殖醫學會認可的生育力保存方法之一，在臨床實踐中得到了廣泛應用。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有的玻璃化技術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.多尺度協同抑冰低溫保存平臺技術
圖2.小鼠成熟卵細胞低溫保存后發育潛能及子代小鼠的行為學評估
基于此，中國科大低溫生物醫學研究團隊開發了基于多尺度協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展了一種多尺度抑冰平臺技術，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），實現了批量卵細胞的安全高效低溫保存。
該PFG納米材料構建的低溫保護劑溶液體系在冷凍過程中展現出獨特的熱物理性質，能夠減少樣品的過冷現象，從而優化冰晶的形成。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象和由熱應力引起的細胞損傷風險。采用這種先進冷凍技術保存的卵細胞顯示出較少的差異表達基因數，并保持了完整的受精能力和胚胎發育潛能。實驗中，這些經過處理的胚胎被移植到代孕小鼠體內，成功誕生了健康的子代，證明了該技術在生物樣本保存領域的潛在應用價值。
中國科大信息學院碩士生常鐵（現為清華大學在讀博士生）和博士生田聰會（現為中國科大附屬第一醫院（安徽省立醫院）生殖醫學中心助理研究員）為本文的并列第一作者，中國科大信息學院趙剛教授、安徽醫科大學第一附屬醫院生殖醫學中心曹云霞教授和安徽醫科大學附屬巢湖醫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
(信息科學技術學院、科研部)
