我院生物系统热科学团队研究生在复杂组织器官低温保存及热控制方面发表系列成果

发布者:尹红健发布时间:2022-03-27浏览次数:10


复杂组织器官能否成功实现长期低温保存保存,是一个极具挑战的热质传递并耦合生物学效应的复杂科学问题,对其进行深入探索和解析对于复杂组织器官的临床应用或相关产品开发是至关重要的。近期,生物系统热科学团队的研究生围绕该问题发表了系列成果。

柳珂(2017级博士)和占太杰(2018级博士)围绕大鼠肾脏器官玻璃化保存及磁热复温效果进行了系统深入的探索,通过对器官进行保护剂配方、灌注程序、低温冷冻以及磁热复温工艺的优化,获得了良好的肾器官血管网络结构保护效果。该成果发表在美国化学会重要期刊ACS Applied Nano MaterialsTaijie Zhan, Ke Liu, Jiamin Yang, Hangyu Dang, Liang Chen, Yi Xu*. Fe3O4 Nanoparticles with Carboxylic Acid Functionality for Improving the Structural Integrity of Whole Vitrified Rat Kidneys. 2021, 4 (12) , pp.13552-13561, IF=5.097, 中科院二区)。此项工作与国际著名团队Bischof以及Rinaldi的课题组共同验证了大型器官玻璃化保存和磁热复温技术路线是切实可行的,这也代表了目前世界范围内大型复杂器官低温冷冻保存研究的最先进水平。此外,占太杰还采用Raman光谱技术首次揭示了二甲基亚砜与甲酰胺分子与水分子组装行为与结晶与玻璃化过程的相关性,有望从分子层面优化低温保护剂筛选流程,丰富低温保护剂低温冻结特性的研究手段,相关成果发表在国际分子物理化学领域权威期刊Journal of Molecular LiquidsTaijie Zhan, Yi Xu*, Ding Wang, Mengdong Cui, Xin Li, Xianying Wang. Interaction of solute and water molecules in cryoprotectant mixture during vitrification and crystallization.2021, 325, 114658, IF=6.165, 中科院二区)。

杨加敏(2019级博士)围绕脱细胞器官支架低温玻璃化保存进行了探索,优化了冻融法脱细胞工艺,初步获得了低温冻存后的良好支架结构,为后续再细胞化的研究提供了可能性,相关研究成果发表在国际低温生物领域重要期刊CryobiologyYang, JiaminXu, Yi*Luo, Sichang et al. Effect of cryoprotectants on rat kidney decellularization by freeze-thaw process. 2022,105 , pp.71-82, IF=2.487,中科院三区)和Artificial Organs(Yang, JMDang, HY and Xu, Y*. Recent advancement of decellularization extracellular matrix for tissue engineering and biomedical application.2021,00,1-19. IF=3.094,中科院三区)。该课题是针对活体器官难以直接实现低温冷冻保存的世界性难题,创新性地提出了冷冻保存脱细胞器官+再细胞化=器官长期保存的解决方案,相关工作仍在继续深化中。

党航宇(2019级博士)采用数值仿真首次对人体肺脏支气管低温通气过程中的流动和传热耦合模型进行了理论研究,证实了液滴喷洒对肺通气保护的协同强化作用,为支气管低温通气保护无心跳供体肺的优化及后续临床应用提供了理论依据,相关研究成果发表在国际热科学领域权威期刊International Journal of Thermal SciencesHangyu Dang, Jiamin Yang, Liang Chen, Yi Xu*. The airflow and cooling characteristics in the airway of NHBD lung with hypothermic ventilation. in press, 2022, IF=3.744, 中科院二区)。该课题也对后续研究人体呼吸道内细菌、病毒喷沫的产生和传播机制奠定了重要理论基础,相关工作仍在继续深化中。

牛文雅(2019级硕士)围绕人类胎盘脱细胞基质冷冻干燥塌陷温度难以获取的问题,创新性地提出了基于图像处理技术获取塌陷温度的方法,获得降温速率、升温速率和退火条件与塌陷温度的相关性,揭示了冰晶尺寸和干燥速率对塌陷温度的影响规律。相关研究成果发表在国际干燥领域权威期刊DRYING TECHNOLOGYWenya Niu, Taijie Zhan, Yaxuan Cui, Liang Chen, Mengdong Cui, Xiu Liu, Chuanbao Zang &Yi Xu*.  Acquisition of collapse temperature and the influencing factors during freeze-drying of placental decellularized matrix in freeze-drying microscopy based on image processing technique. in press, 2022, IF=4.452, 中科院二区)。该成果为固-液混合物冷冻干燥过程塌陷温度的获取方法提供了一种新的解决方案。

陈亮(2018级博士)围绕头皮冷却抑制化疗脱发的机制,首次系统讨论了低温冷刺激对血管管径、细胞毒性、毛囊损伤的影响,并通过动物模型证实了低温冷性刺激抑制化疗脱发的有效性。相关研究结果发表在生物物理领域期刊Biochemical and Biophysical Research CommunicationsChen, LiangXu, Yi* and Ye, Xuhui. Low temperature mitigating the paclitaxel-induced damages in mouse cell and hair follicle model. 2022, 603 , pp.94-101,IF=3.575,中科院三区)。相关分子层面的保护机制研究也正在深化过程中。

复杂组织器官的长期低温冷冻保存至今仍然是一个世界性难题,面临着诸多挑战。应中科院院士、东南大学顾宁教授的邀请,生物系统热科学团队撰写了综述文章,总结了复杂组织器官低温保存的常用方法及损伤因素,探讨了先进生物材料改善低温保存效果的机制,对该领域未来发展趋势提出了建议。文章由韩恒鑫(2021级博士)执笔,并作为封面文章发表在中文核心期刊《真空科学与技术学报》(韩恒鑫,胥义*,刘宝林,复杂组织器官低温保存研究进展. 2022,42(01),1-13)。

上述成果得到了国家科技重大专项(No.2018ZX10734404)和国家自然基金项目(No.51576132, No.5207061102)资助,也大大促进了研究生学术能力和创新能力的培养。

  

  

  

供稿:生物系统热科学研究所