在常溫機(jī)械灌注過程中，載氧載體對維持受體器官的生理代謝至關(guān)重要。目前常見載氧載體分為兩大類：人工載氧體和天然載氧體（如紅細(xì)胞）。人工載氧體（非細(xì)胞型），包括基于血紅蛋白的氧載體和全氟化碳，具有存儲(chǔ)時(shí)間長、無需交叉配型、來源豐富等優(yōu)點(diǎn)，但它們可能引起血管收縮、腎毒性以及其他潛在的不良反應(yīng)。相比之下，天然紅細(xì)胞在體內(nèi)循環(huán)中的壽命較長且變形性良好，但其應(yīng)用受到以下限制：（1）儲(chǔ)存時(shí)間短——紅細(xì)胞在4°C下的常規(guī)儲(chǔ)存期限僅為42天，導(dǎo)致血液資源的大量浪費(fèi)；（2）交叉配型——紅細(xì)胞表面抗原的多樣性增加了異體和異種輸血的交叉配血風(fēng)險(xiǎn)；（3）機(jī)械損傷——在灌注過程中，紅細(xì)胞可能發(fā)生擠壓變形、扭曲和破碎，導(dǎo)致顯著的溶血；（4）血源稀缺——目前在大規(guī)模灌注過程中對血液的需求量巨大。為應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，開發(fā)一種通用、生物安全、易于擴(kuò)展且高效的紅細(xì)胞工程技術(shù)以提升其常溫機(jī)器灌注和輸血效果具有重要意義。
生物仿生硅化技術(shù)通過在細(xì)胞內(nèi)外的界面上形成納米硅質(zhì)外骨骼，為脆弱的細(xì)胞提供了具有高機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)惰性和不可降解性的二氧化硅鎧甲，這種鎧甲賦予了細(xì)胞化學(xué)和熱穩(wěn)定性，并顯著提升了其抵抗惡劣環(huán)境（如高溫、高濕、紫外等）的能力。在這領(lǐng)域，朱偉教授課題組開展了大量相關(guān)研究（參見 Nat. Rev. Bioeng. 2024, 2, 282；Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202406110；ACS Nano 2022, 16, 2164；Nat. Commun. 2022, 13, 6265；J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 17, 6305 等）。然而，通過精確控制硅酸的水解形式，以可控方式實(shí)現(xiàn)對紅細(xì)胞的改造及功能延拓的工作仍非常有限。
圖1. 紅細(xì)胞仿生硅化及功能示意圖。(a) 基于自然界硅藻外骨骼啟發(fā)的血紅細(xì)胞生物硅化以強(qiáng)化紅細(xì)胞結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)表面抗原屏蔽；(b) 生物硅化可賦予紅細(xì)胞幾大優(yōu)勢：提升對外部環(huán)境抵抗能力、實(shí)現(xiàn)表面抗原屏蔽、實(shí)現(xiàn)萬能血構(gòu)建及其用于同種異體或異種異體輸血。
硅化紅細(xì)胞具有以下優(yōu)異性能：
圖2. 硅化紅細(xì)胞和原生紅細(xì)胞的環(huán)境抗性對比。 (a) 天然紅細(xì)胞和硅化紅細(xì)胞對惡劣環(huán)境的抵抗力示意圖；溶血毒素(b)和St?ber粒子(c)對紅細(xì)胞溶血的影響；(d) 低溫保存后的紅細(xì)胞冷凍回收效率。(e) 天然紅細(xì)胞、硅化紅細(xì)胞、Fe3+-TA 涂層紅細(xì)胞、多巴胺涂層紅細(xì)胞的硬度檢測。
圖3.硅化紅細(xì)胞對模型兔的免疫激活反應(yīng)和臟器生化指標(biāo)的影響。
圖4. 硅化紅細(xì)胞用于大鼠肝臟移植的常溫機(jī)械灌注（NMP）中的潛力。(a) 大鼠肝臟移植的常溫機(jī)械灌注示意圖；(b) 原生紅細(xì)胞和 (c)硅化紅細(xì)胞灌注肝臟的形態(tài)及其病理切片；肝臟灌注過程中的(d)門靜脈流量，(e) 氧壓，(f) pH，肝糖代謝水平：(g)乳酸水平和（h）葡萄糖水平，（i-m）NMP 期間的生化分析，包括肝功能，以及膽道功能和（m）膽汁分泌功能。
總之，在這項(xiàng)工作中，通過界面硅化他們首次實(shí)現(xiàn)了近100%的紅細(xì)胞冷凍保護(hù)，通過血型屏蔽克服了同種異體血型問題，并驗(yàn)證了異種輸血的可能。由于技術(shù)簡單、可靠、易于擴(kuò)展，并且具有良好的生物相容性，其未來有可能在臨床上展現(xiàn)出重大應(yīng)用價(jià)值。
原文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2322418121
