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Gels 四川大学研究团队：温敏胶原水凝胶可逆溶胶-凝胶转变及其无制冷剂细胞转运应用

已有 572 次阅读 2026-9-23 17:17 |个人分类:学术软文|系统分类:论文交流

通讯作者

张婕妤四川大学

张婕妤，副研究员，博士生导师。主要从事柔性导电生物材料的分子设计及其在心衰治疗、体外诊断以及慢性伤口修复等领域的应用。主持承担国家重点研发计划子课题，国家自然科学基金面上项目等纵向项目，并与华为、中石油等企业签订横向课题5项。近年来以第一或通讯作者 (含共同) 在Advanced Materials、Biomaterials、Materials Horizons 等期刊发表论文40余篇，申请国内外专利20余项。担任Gels 期刊编委。

王云兵四川大学

王云兵，教授，博士生导师，国家生物医学材料工程技术研究中心主任、四川大学生物医学工程学院院长、中国医学科学院结构性心脏病创新单元主任、中国生物材料学会心血管分会主任委员，国际医学与生物工程院Fellow、美国医学与生物工程院Fellow、国际生物材料科学与工程学会联合会Fellow。主要从事用于心脑血管疾病等治疗的新型生物医用材料和微创植/介入医疗器械的基础研究与前沿技术开发。已获授权国内、国际专利500多项，发表论文400多篇。

研究背景

细胞运输是细胞治疗与生物医药研发的关键环节之一。传统运输方式依赖液氮、干冰等冷链系统，运输成本高昂、操作复杂，且在冻融过程中所产生的冰晶会损伤细胞，导致细胞功能受损和细胞死亡。此外，液体悬浮运输中细胞缺乏力学支撑，易受振动环境的影响。

针对上述问题，本研究提出了一种基于模拟体液 (SBF) 调控型温敏胶原 (RRTC) 水凝胶的无制冷剂细胞转运策略。该方案利用材料的温度驱动可逆相变特性来实现细胞的封装与回收，运输中无需依赖液氮、干冰等低温介质。初步实验结果表明，该方案在维持细胞活性方面具有一定可行性，为简化细胞短途运输流程提供了新的思路。

研究内容

本研究以RRTC水凝胶作为细胞封装与转运基质，以L929成纤维细胞为标准细胞模型。RRTC水凝胶经温度触发，在37 °C下快速形成三维物理网络将细胞包裹于其中，4 °C下物理网络迅速解离释放细胞。实验设立RRTC水凝胶组、传统2D液相悬浮组及干冰冷冻运输组三组对照，通过静态模拟运输 (48 h、120 h) 与顺丰快递城际实际运输 (成都——重庆往返，约50 h) 双重评价体系，以细胞存活率 (Live/Dead染色)、回收率及再贴壁能力为核心指标，系统评估该基质对细胞的物理保护效果。

研究结果

(1) RRTC水凝胶具有快速可逆、温敏型的溶胶-凝胶相转变行为

宏观观测与流变测试表明，RRTC水凝胶可在37 ℃、4 ℃下60 s内完成可逆相转变，依靠物理网络组装解离实现成胶与溶胶化，无需化学交联改性，可实现无酶无损细胞回收，常规Ⅰ型胶原所缺乏的可逆温敏特性。

(2) RRTC三维基质可在静态与实际快递运输中保护细胞

静态模拟运输 (48 h、120 h) 结果表明，RRTC水凝胶包裹的L929细胞存活率维持在90%以上，优于2D液相悬浮组。在实际城际运输验证中，本研究以顺丰快递完成了成都至重庆往返运输 (全程约50 h)，包裹于RRTC水凝胶中的细胞在经历快递分拣、车辆振动及环境温度波动等真实物流环节后，存活率仍维持在较高水平 (与静态模拟组相比未见明显下降)，初步表明该体系的有效运输在真实物流环境中具有一定可行性。

(3) RRTC转运后细胞回收率高，具备稳定再培养能力

4 ℃低温溶胶化可直接温和回收细胞；长时程转运下RRTC组细胞回收率高于液相对照组，回收的细胞可正常贴壁、持续传代，规避传统载体酶解回收损伤细胞的缺陷。

研究总结

本研究构建了基于RRTC水凝胶的无制冷剂细胞转运体系。该材料利用温度驱动物理交联网络形成-缺失的可逆相变，在37 °C下形成凝胶封装细胞，在4 °C下恢复液态以实现非酶促的细胞回收。经静态模拟运输 (48 h、120 h) 与顺丰快递城际实际运输 (成都——重庆往返，约50 h) 两种条件的初步验证，RRTC水凝胶可在一定程度上缓冲运输过程中的机械振动与温度波动。数据显示，转运后细胞存活率维持在90%以上，长时程回收率优于液相悬浮对照组，回收的细胞具备基本的再贴壁与再培养能力。

本研究作为初步概念验证，目前仅采用L929成纤维细胞单一细胞模型开展实验，运输时长与物流力学参数尚未充分量化，细胞回收率仍有提升空间。未来研究将拓展至更多细胞类型、延长运输时长，并对运输过程中的机械应力因素进行定量分析，以进一步评估该体系的适用范围与局限性。

阅读英文原文：https://www.mdpi.com/3915312