摘要：近日，华南理工大学生物科学与工程学院朱伟教授课题组在国际著名期刊Proceedings of the National Academy of Sciences杂志上在线发表题目为”Improving normothermic machine perfusion

近日，华南理工大学生物科学与工程学院朱伟教授课题组在国际著名期刊Proceedings of the National Academy of Sciences杂志上在线发表题目为”Improving normothermic machine perfusion and blood transfusion through biocompatible blood silicification“的研究论文。该论文第一作者为华南理工大学生物科学与工程学院博士研究生雷川怡，共同一作为华南理工大学生物科学与工程学院博士研究生李泽宇、浙江大学工程力学系马淑浩和安徽医科大学第二附属医院张琪，通讯作者为华南理工大学生物科学与工程学院朱伟教授和新墨西哥大学C. Jeffrey Brinker教授。

图1. 红细胞仿生硅化及功能示意图。(a) 基于自然界硅藻外骨骼启发的血红细胞生物硅化以强化红细胞结构和实现表面抗原屏蔽；(b) 生物硅化可赋予红细胞几大优势：提升对外部环境抵抗能力、实现表面抗原屏蔽、实现万能血构建及其用于同种异体或异种异体输血。

血液资源在现代医疗系统中极为宝贵，但面临以下主要挑战：1) 储存时间短—血液的有限保质期导致资源浪费；2) 血液短缺—血液在多种医疗场景中的适用性与其有限的供应来源之间存在矛盾；3) 血型差异—目前的临床用血需进行严格的交叉配血，过程繁琐且耗时。血液在多种场景中的应用需求，以及红细胞的脆弱性和表面抗原识别系统，导致了临床血液的短缺。

生物仿生硅化技术通过在细胞内外的界面上形成纳米硅质外骨骼，为脆弱的细胞提供了具有高机械强度、化学惰性和不可降解性的二氧化硅铠甲，这种铠甲赋予了细胞化学和热稳定性，并显著提升了其抵抗恶劣环境（如高温、高湿、紫外等）的能力。在这领域，朱伟教授课题组开展了大量相关研究（参见 Nat. Rev. Bioeng. 2024, 2, 282；Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202406110；ACS Nano 2022, 16, 2164；Nat. Commun. 2022, 13, 6265；J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 17, 6305 等）。然而，通过精确控制硅酸的水解形式，以可控方式实现对红细胞的改造及功能延拓的工作仍非常有限。

在本工作中，我们系统地研究了硅化红细胞的以下几个方面：i) 硅化红细胞的结构特征、尺寸、膜完整性以及正常细胞功能（如代谢和携氧能力），结果与原生红细胞一致；ii) 硅化红细胞在环境压力（如溶血毒素、毒性颗粒和冷冻条件）下的抗性，表现出优于原生红细胞的耐受能力；iii) 硅化红细胞的流体动力学行为和机械性能的改进，保证了其在体内循环的稳定性，并减少了低温冻存时冰晶形成的损伤；iv) 体内实验证明其具有良好的生物相容性和长期循环能力；v) 高效的表面抗原屏蔽特性，使其能够作为通用血液用于大鼠肝移植的异体常温机械灌注模型，以及在人类血液小鼠异种输血模型中的应用。

总之，在这项工作中，通过界面硅化我们首次实现了近100%的红细胞冷冻保护，通过血型屏蔽克服了同种异体血型问题，并验证了异种输血的可能。由于技术简单、可靠、易于扩展，并且具有良好的生物相容性，其未来有可能在临床上展现出重大应用价值。

该研究得到了国家自然科学基金及广东省自然科学基金等项目的支持，同时特别鸣谢浙江大学李学进教授和中国人民解放军南部战区总医院欧阳青副主任医师的帮助。

来源：小材科研