活細胞樣本，包括血樣中稀有細胞（用于液體活檢）或治療性細胞（用于癌癥治療），在現代醫學中發揮著關鍵作用。與傳統的超低溫凍存（-196°C）相比，低體溫保存（1°C-35°C）在保持細胞樣本穩定性方面具有顯著優勢：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備。然而，在低體溫保存期間，冷誘導的活性氧（ROS）過度產生是導致細胞損傷的主要原因，溫度越低，ROS產生的越多。傳統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數小時或幾天的細胞活性。尤其是在方便于醫院診所的冰箱冷藏溫度下（4°C），長時間維持細胞活性一直是一項挑戰。
近日，天津大學化工學院楊靜團隊在期刊《Acta Biomaterialia》（IF=9.4）上發表了題為“Zwitterionic-hydrogel-based Sensing System Enables Real-time ROS Monitoring for Ultra-long Hypothermic Cell Preservation”的研究論文。天津大學化工學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；合作作者為天津醫院康宇翔主治醫師。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水平監測和智能控制傳感系統的示意圖及保護機制
該工作以兩性離子材料為基礎，設計了一種兩性離子-苯硼酸共聚物poly (CBMA-co-MPBA)，可與聚乙烯醇（PVA）溫和交聯包埋細胞，形成基于動態鍵的智能兩性離子水凝膠（ZBA）。ZBA不僅可以為細胞提供三維支撐環境，還能夠消除并實時響應ROS水平。當細胞生成ROS時，ZBA內動態鍵斷裂，體積膨脹，電阻信號增加；當ROS被消除后，體積停止膨脹，電信號維持穩定；從而實現體系內ROS的實時監測。
圖2 ZBA水凝膠的ROS清除性能
圖3 ZBA水凝膠低體溫保存細胞的效果
圖4. ZBA水凝膠的ROS響應性能
圖5. 基于ZBA水凝膠的智能傳感系統長效保存細胞
通訊作者簡介：
楊靜，天津大學化工學院副教授、博士生導師；國家優青、國*領域人才。主持國家級重點創新項目、國家自然科學基金（3項）、科技部重點專項子課題、天津市自然科學基金、教育部博士后基金、教育部產學研等項目。主要研究方向為細胞保存、仿皮膚材料、抗冰涂層、合成生物學等；在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Chem. Rev., Research, Adv. Func. Mater., AIChE J.等刊物發表第一作者/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
