Small:生命之糖——使用单一低温保护剂海藻糖实现胰岛β细胞的冷冻低温保存

细胞低温保存指的是将活细胞置于低温环境(通常为-196℃液氮环境),暂停细胞的生命活动,以实现其长期储存的一种技术。该技术在组织工程、再生医学、细胞治疗、生物样本库建立、生命科学与临床医学研究等诸多领域均具有不可替代的重要作用。

为尽量减少低温保存过程可能对细胞造成的各种损伤,通常需要在降温前添加一些在低温下对细胞具有保护作用的试剂(如,甘油、二甲基亚砜等),简称为低温保护剂(CPA)。而常用的低温保护剂均具有一定的毒副作用,且对其在降温前添加、复苏后去除的过程中,极易造成细胞的渗透性损伤。因此,寻找低浓度、高效无毒的CPA是细胞低温保存领域的终极目标之一。

海藻糖在自然界中广泛存在于许多动植物、昆虫和微生物体内(如,蘑菇、海藻、酵母等),可以帮助其在高寒、高温和干燥脱水等条件下存活。因此,海藻糖在科学界被视为是一种“生命之糖”。在低温生物医学领域,海藻糖也被认为是一种极具潜力的CPA。已有研究表明,只有当海藻糖同时存在于细胞膜内外两侧时,其低温保护效果最佳。但是,海藻糖对细胞膜而言,是非渗透性的二糖。针对如何将海藻糖加载至细胞内,已有诸多的研究,然而,在加载效率、安全性和无损性等多个方面仍存在一定的技术瓶颈问题。

中国科学技术大学赵刚课题组、美国马里兰大学何晓明课题组和东南大学赵远锦课题组合作,针对这一问题,使用了一种借助冷响应纳米胶囊向细胞内高效安全地递送海藻糖的新方法,同时结合海藻酸盐水凝胶对封装细胞的保护作用,以及赵刚课题组创立的低温保存细胞的电磁场空间复温技术,实现了胰岛β细胞的单一低温保护剂条件下(仅使用了海藻糖,未使用其它渗透性保护剂)的高效低温保存(细胞存活率达到80%以上)。经该方法低温保存并复苏后的胰岛β细胞水凝胶构建物,移植后可以很好地控制糖尿病大鼠的血糖水平。

研究人员结合工程学和材料学方法,实现了胰岛β细胞构建物的安全高效低温保存,为使用细胞疗法治疗糖尿病提供了一种新思路。同时,该技术在其它基于细胞低温保存的生物医学领域中也具有潜在的应用价值。相关结果发表在Small (DOI: 10.1002/smll.201904290)上,并被选为当期的Front Cover作简要介绍。