近日，中国科大信息科学技术学院赵刚教授与安徽医科大学第一附属医院生殖医学中心曹云霞教授、安徽医科大学附属巢湖医院刘寰忠教授团队合作，发展了一种基于多尺度协同抑冰的全周期低温保护平台技术，成功实现了小鼠卵细胞的高效低温保存。部分工作得到了中国科大基础医学院史庆华教授的指导和清华大学邵玥副教授的帮助。
相关研究成果以“Multi-Scale Ice Inhibition Platform Enables Full-Cycle Cryogenic Protection for Mouse Oocyte”为题发表于国际期刊《Advanced FunctionalMaterials》。该结果对基于卵细胞的女性生育力低温保存具有重要的参考价值。
生育力保留对于因癌症治愈或其他原因而推迟生育的女性至关重要。卵母细胞的玻璃化冻存是目前美国生殖医学会认可的生育力保存方法之一，在临床实践中得到了广泛应用。然而，由于卵母细胞具有较大的表面积和较高的含水量，它们极易受到冰晶和渗透压损伤的影响。现有的玻璃化技术仅能提供卵母细胞部分的低温保护，而且所使用的低温保护剂浓度过高、毒性过大，因此其保存效果并不理想。
图1.多尺度协同抑冰低温保存平台技术
图2.小鼠成熟卵细胞低温保存后发育潜能及子代小鼠的行为学评估
基于此，中国科大低温生物医学研究团队开发了基于多尺度协同抑冰策略的小鼠成熟卵细胞的低浓度低温保护剂玻璃化保存方法。他们合成了一种具有全周期低温保护效果的一体化PFG纳米材料(Polyvinyl Alcohol/Fe3O4/Graphene Oxide，简称PFG)，并基于该材料进一步发展了一种多尺度抑冰平台技术，在整个冻融过程中可有效抑制冰晶损伤。进而，使用较低浓度的渗透性低温保护剂（不含 DMSO且毒性极低），实现了批量卵细胞的安全高效低温保存。
该PFG纳米材料构建的低温保护剂溶液体系在冷冻过程中展现出独特的热物理性质，能够减少样品的过冷现象，从而优化冰晶的形成。同时，该材料通过与聚乙烯醇（PVA）的相互作用，在冰相中与水分子的羟基形成特定的空间和几何匹配，促进分子间氢键的建立，进而有效限制了冰晶的无序生长。此外，PFG纳米材料的光热和磁热特性被用于实现冻存样品的快速且均匀的升温过程，这一过程显著降低了反玻璃化现象和由热应力引起的细胞损伤风险。采用这种先进冷冻技术保存的卵细胞显示出较少的差异表达基因数，并保持了完整的受精能力和胚胎发育潜能。实验中，这些经过处理的胚胎被移植到代孕小鼠体内，成功诞生了健康的子代，证明了该技术在生物样本保存领域的潜在应用价值。
中国科大信息学院硕士生常铁（现为清华大学在读博士生）和博士生田聪会（现为中国科大附属第一医院（安徽省立医院）生殖医学中心助理研究员）为本文的并列第一作者，中国科大信息学院赵刚教授、安徽医科大学第一附属医院生殖医学中心曹云霞教授和安徽医科大学附属巢湖医院刘寰忠教授为本文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金委和安徽省科技厅的资助。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202402312
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202402312
(信息科学技术学院、科研部)