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冷凍保存是將細(xì)胞、組織、器官等生物樣本置于超低溫環(huán)境中，使其代謝速率大大降低甚至停止，以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期儲(chǔ)存，并能在解凍后恢復(fù)期生理功能的技術(shù)。但由于細(xì)胞等的含水量高達(dá)70%~90%，在降溫和復(fù)蘇過(guò)程中面臨著冰晶成核、生長(zhǎng)、再結(jié)晶等過(guò)程造成的冷凍損傷，而抗冷凍保護(hù)劑可以抑制冰晶成核和生長(zhǎng)、減少冷凍損傷、改善保存效率，使得低溫生物學(xué)及其下游生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用取得了重大突破。

1950 年，Smith 在《柳葉刀》上報(bào)道甘油用于紅細(xì)胞的冷凍保存后，數(shù)以萬(wàn)計(jì)的患者依靠冷凍保存的紅細(xì)胞挽救了生命?，F(xiàn)階段，甘油為主的滲透性低溫保護(hù)劑仍然是臨床保存紅細(xì)胞的首選，其過(guò)高的濃度導(dǎo)致洗滌時(shí)間長(zhǎng)，限制了緊急情況下紅細(xì)胞的使用，制約了紅細(xì)胞冷凍保存的進(jìn)一步發(fā)展。為實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效儲(chǔ)存紅細(xì)胞，仍然需要開(kāi)發(fā)具有強(qiáng)抑冰活性、高生物相容性、易于純化和可行的大規(guī)模生產(chǎn)的新型非滲透性冷凍保護(hù)劑。

近日，華南理工大學(xué)朱偉教授與北京化工大學(xué)郭佶慜教授團(tuán)隊(duì)采用了“降維策略”構(gòu)筑了一系列基于二維金屬–有機(jī)框架（MOF）的紅細(xì)胞抗冷凍保存劑，系統(tǒng)研究了MOF材料空間維度對(duì)紅細(xì)胞保存效率的影響。在前期研究工作，他們驗(yàn)證了三維MOF納米顆?？膳c冰晶界面氫鍵匹配，具有良好的紅細(xì)胞冷凍保存效果（J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 7789-7796）。但從形貌上看，三維MOF納米顆粒作為抗冷凍保護(hù)劑仍存在自身局限性：1）接觸模式不理想——硬質(zhì)MOF顆粒不能很好與冰面界面匹配，限制了其與冰的氫鍵相互作用；2）有序結(jié)構(gòu)利用率低——三維MOF用于低溫保存時(shí)只有少數(shù)暴露的晶面可與冰晶平面相接觸，其內(nèi)部的有序結(jié)構(gòu)并不能被利用。本研究通過(guò)降低空間維度的方法，將三維MOF納米顆粒逐漸縮減為二維金屬-有機(jī)超薄層材料（MOL），其具有更好的結(jié)構(gòu)靈活性，能提供更多的結(jié)合位點(diǎn)，增強(qiáng)與冰晶界面相互作用，保護(hù)細(xì)胞免于冷凍損傷。同時(shí)，二維MOL保留了MOF的結(jié)構(gòu)有序性、表現(xiàn)出較高的比表面積，增加了有序結(jié)構(gòu)的利用效率，提高冰晶抑制性能，最終提升抗冷凍保護(hù)效果。

基于HfCl₄和H₃TATB構(gòu)建的Hf-MOF和Hf-MOL均展示較好的血液相容性，但Hf-MOL在冰晶抑制活性、紅細(xì)胞凍存回收率等方面明顯優(yōu)于Hf-MOF，且隨著MOL的厚度降低，這些性能會(huì)進(jìn)一步提升。

隨后，通過(guò)調(diào)控二維MOL的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、表面氫鍵位點(diǎn)的密度和分布、有機(jī)配體的親水性/疏水性等，可以很好地調(diào)節(jié)二維MOL與冰晶平面的界面相互作用，從而進(jìn)一步影響冰的宏觀調(diào)控行為。

作者相信基于對(duì)金屬節(jié)點(diǎn)和有機(jī)配體的合理選擇，應(yīng)該有足夠的空間來(lái)篩選出所需的MOF結(jié)構(gòu)，并最終將其推廣到現(xiàn)實(shí)世界的冷凍保存應(yīng)用中。