随着年龄的增长，我们的身体会随着时间的推移而发生变化和退化，这一过程被称为衰老。干细胞具有转变为其他细胞类型的独特能力，也会经历衰老，这在试图维持细胞培养以用于治疗时提出了一个问题。这些细胞培养物产生的生物分子对各种药物和治疗都很重要，但一旦细胞进入衰老状态，它们就会停止产生这些生物分子，更糟糕的是，它们会产生对这些治疗药物具有拮抗作用的生物分子。
虽然有一些方法可以去除培养物中的老细胞，但捕获率很低。化学和生物分子工程教授、孔贤俊(M-CELS负责人/EIRH/RBTE)实验室的博士后瑞恩·米勒(Ryan Miller)表示，与其移除老细胞，不如从一开始就阻止细胞进入衰老阶段，这是更好的策略。
“我们研究的是来自脂肪组织的间充质干细胞，它能产生对治疗至关重要的生物分子，所以我们希望保持细胞培养的健康。在临床环境中，防止衰老的理想方法是调节这些干细胞所在的环境，控制氧化状态，”米勒说。“有了抗氧化剂，你可以让这些细胞脱离衰老状态，让它们表现得像健康的干细胞一样。”
虽然用抗氧化剂处理细胞可以延缓衰老，但目前的抗氧化剂递送方法有许多缺点，包括药物释放量随时间和细胞间的变化很大。然而，最近由化学助理教授Kong和Hee-Sun Han (GNDP/IGOH)的实验室发表的一项研究(Miller为第一作者)描述了一种向干细胞输送抗氧化剂的新方法，该方法可靠、持久且最大限度地减少了变异。这项研究发表在《高级功能材料》杂志上。
新方法利用聚合物稳定晶体形式的抗氧化剂。传统的方法是在反应器中培养晶体，但是使用微流体技术，一种允许研究人员使用非常少量的流体的技术，研究人员可以制造出大小和剂量都相同的晶体，最大限度地减少细胞间药物释放的变化。米勒说:“有了微流体，每个液滴就像一个小反应器，这样我们就可以得到小的、大小相似的单个晶体，从而最大限度地减少药物释放速度的变化。”此外，晶体的溶解速度比传统方法慢，使药物随着时间的推移释放均匀，并增加药物有效性的持续时间。
“我们了解到，药物释放谱的微小变化非常重要，”韩解释说。“当你添加可溶于水的药物时，会有一个爆裂期，很多药物会立即溶解在液体中，不会太久。但晶体允许这种均匀的、延长的释放，这有助于保持所需的最佳浓度的小范围。”
“当典型的抗氧化剂被放入水中或生物液体时，它们在6小时内失去了重要的活性，”孔说。“但新的抗氧化剂晶体至少在两天内保持生物活性，所以我们实际上可以延长药物的持续时间，也减少了我们必须向细胞培养基中添加抗氧化剂的频率。”这最大限度地减少了干细胞产生的生物分子类型的变化，提高了产品的可重复性，这是目前生物制造的最大挑战之一。”
延长药物效力的持续时间意味着干细胞培养物可以在更长时间内保持不衰老状态，从而获得更多治疗所需的生物分子。米勒还说，这种方法可以用于病人来源的干细胞治疗，从病人自己的身体的生物分子被用来帮助各种组织疾病，如损伤或疾病。
米勒解释说:“当我们使用来自捐赠者而不是患者的生物分子时，这可能会产生宿主效应。”“理想情况下，我们将从我们正在治疗的患者身上收集干细胞，在生物反应器中培养它们，并收集用于治疗的生物分子。这对20岁的人很有效，但如果我们设想一个老年病人，他们会有大量的这些衰老细胞，它们不会分泌治疗相关的生物分子。如果我们能将这些细胞从这种状态中拉出来，让它们表现得像健康细胞一样，我们就能为患者提供更多的治疗相关生物分子。”
研究小组表示，虽然他们希望继续改进生物制造过程，但除了控制向干细胞培养物中输送抗氧化剂之外，这种方法已经有许多潜在的用途。大多数细胞都会经历衰老，因此这项技术可以应用于医学和治疗学中重要的其他细胞培养。此外，这种晶体可用于将抗氧化剂或其他潜在药物的持续和可控水平直接输送到患者的目标组织中。
他说:“我认为这里的美妙之处在于，这是一篇技术发展论文，所以它可以应用于各种亲水性药物、疾病模型和方法应用。”“我们表明，我们可以在较长一段时间内以相对恒定的速率保持这种药物的持续释放。这项技术有很多令人兴奋的研究和发展方向。”
