近日，我院生物系统热科学团队在国际生物材料领域权威期刊《Acta Biomaterialia》（中科院一区TOP，IF=10.4）上发表了题为"脯氨酸基低共熔溶剂协同实现3D细胞球的低毒微液滴低温保存"（"Synergistic proline-based deep eutectic solvent enables low-toxicity microdroplet cryopreservation of 3D cell spheroids"）的研究成果。我院博士研究生陈曦为论文第一作者，胥义教授为通讯作者。该研究将L-脯氨酸基低共熔溶剂（deep eutectic solvent，DES）与负压控制蒸发脱水（controlled evaporative dehydration，CED）相结合，构建了一种面向三维细胞微组织的低毒微液滴低温保存策略，为降低传统高浓度低温保护剂带来的化学毒性和渗透损伤提供了新的研究思路。
类器官、3D细胞球等三维生物样本能够较好模拟体内微环境和细胞外基质网络，在疾病建模、药物筛选和再生医学等领域具有重要应用价值。然而，致密的三维结构也带来了明显的传质障碍，低温保护剂难以快速、均匀进入样本内部，传统方法往往依赖较高浓度保护剂，容易引发化学毒性和渗透损伤。因此，如何兼顾低温保护效果与细胞相容性，是三维生物样本低温保存面临的重要问题。
针对这一问题，团队系统筛选了多种L-脯氨酸基低共熔溶剂，筛选出兼具较好冰晶抑制能力和生物相容性的PE13，并进一步引入少量DMSO构建PE13-D协同保护体系。结合微液滴可控蒸发脱水技术，在低温负压条件下通过水分蒸发实现保护剂原位浓缩和细胞球温和脱水，从而降低对高浓度传统保护剂的依赖。在本研究条件下，4–6 min为较优的蒸发脱水窗口，优化条件下细胞球复温后存活率超过90%，其中4 min处理组存活率约为93%。
图1 L-脯氨酸基低共熔溶剂制备示意图
进一步研究表明，该DES协同保护体系与铁稳态、脂质过氧化及GPX4/GSH抗氧化防御等铁死亡相关过程的调节密切相关。与此同时，保存后的细胞球仍能较好维持细胞结构、细胞骨架和细胞外基质完整性，并保留一定的迁移、融合和组织重塑能力。
图2 CED 加载过程中DES 介导的保护机制示意图
该研究将三维生物样本低温保存从传统的“抑冰—低毒”平衡，进一步拓展为“胞外温和脱水—冰形成调控—胞内抗氧化响应”相协同的跨尺度保护思路，为类器官等复杂三维生物样本的低毒、高质量低温保存提供了新的方法学基础。未来，团队将进一步探索该体系与微流控和自动化技术的结合，推动其向类器官样本的高通量、自动化和标准化低温保存方向发展。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.actbio.2026.09.032
供稿：生物系统热科学研究所
