早产（PTB）是全球新生儿发病率和死亡率的重要原因，每年大约有1500万婴儿早产，导致超过35%的新生儿死亡。早产的发生通常伴随着多种严重并发症，如呼吸窘迫综合症、脑性麻痹及长期的神经发育障碍等，给婴儿的健康和家庭带来巨大负担。炎症被广泛认为是引发早产的重要因素，炎症反应通过激活免疫通路，导致子宫平滑肌的异常收缩以及宫颈的提前改变。然而，当前研究主要集中在炎症因子的检测和细胞水平的基础观察上，缺乏一个高效且可重复的体外模型来模拟炎症驱动的早产机制。此外，现有的检测技术在监测子宫细胞电生理活动及钙离子动态方面存在一定的局限性。因此，亟需开发一种集成化、多模态的实验平台，以便更全面地揭示炎症驱动的早产病理机制，并为新型治疗策略的探索提供有力支持。
近日，浙江大学罗琼教授、胡宁研究员课题组合作近日在Biosensors and Bioelectronics（中科院一区 IF=10.7）期刊上发表了基于子宫肌层细胞的多模态电生理和光学生物传感系统的研究成果，提出了一种实时、便捷的炎性早产体外监测平台。该平台结合了电生理传感技术与光学钙成像技术，利用hTERT-HM子宫平滑肌细胞，能够实时监测炎症因子对子宫收缩和钙离子动态的影响，具有高灵敏度和可重复性。通过系统研究催产素（OT）与脂多糖（LPS）联合作用对子宫收缩模式及电生理活动的干扰，本研究揭示了炎症在早产中的潜在作用机制。此外，该平台还探索了硫酸镁在调节电生理信号、恢复正常收缩模式中的效果，展示了其在治疗炎症驱动早产中的潜力。该研究为炎症引起的早产提供了更加精确的体外模型，并为早产的早期诊断和个性化治疗策略的开发提供了有力的支持。
本研究开发一种基于多模态电生理和光学生物传感系统的体外平台，用于深入研究炎症驱动的早产机制，并探索潜在的治疗策略。通过该平台，该团队利用hTERT-HM子宫平滑肌细胞，结合电生理传感技术和光学钙成像技术，实时监测炎症因子对子宫收缩和钙离子动态的影响。具体而言，平台能够记录子宫细胞的电生理活动和钙离子信号，从而提供全面的细胞行为数据，揭示炎症如何引起异常的子宫平滑肌收缩和钙离子动态。该研究首先探讨了OT对子宫收缩的影响，OT能够诱导子宫平滑肌细胞正常的收缩活动。然而，当加入LPS后，电生理信号和钙离子动态出现了明显的异常，表明炎症反应能够干扰正常的子宫收缩模式和钙离子调控，这一现象与炎症驱动的早产机制相符。此外，该研究还评估了硫酸镁在恢复正常收缩模式和电生理信号方面的作用。结果表明，硫酸镁能够有效抑制OT引起的钙离子释放，减轻LPS引起的收缩不规律性，恢复子宫细胞的正常电生理活动，为早产的药物干预提供了新的思路。该平台为研究炎症驱动的早产机制提供了一个高效、可重复的实验工具，能够精准地模拟早产过程中的细胞行为及其电生理特征，进而推动早产的早期诊断、个性化治疗以及新型干预策略的开发。通过多模态技术的集成，本研究不仅提供了新的生物传感平台，也为早产相关疾病的临床应用提供了新的研究方向和实践基础。
图2hTERT-HM 细胞系的表征及生物传感平台的建立。（A）hTERT-HM细胞系构建流程示意图。（B）将hTERT-HM细胞接种于24孔板和微电极阵列（MEA）设备中培养24小时，随后在光学显微镜下拍摄，并进行特异性抗体免疫荧光染色。细胞核（蓝色）和α-SMA（绿色）。比例尺：100 μm。（C）在MEA芯片上培养细胞可实现对细胞活性和电信号长期变化的监测。电生理记录包括振幅和放电频率。
图3利用生物传感器技术监测催产素刺激下 hTERT-HM 细胞的钙离子释放及动作电位。（A）将 Fluo-4AM 探针加载到 hTERT-HM 细胞中，并在添加OT之前，通过荧光显微镜记录细胞内钙离子基线 秒时点，加入不同浓度的 OT 以观察钙离子释放情况。（B）不同浓度 OT 处理后的 Ca2+ 荧光强度曲线。（C）不同浓度 OT 下 hTERT-HM 细胞的电生理信号。（D-F）分别由 0.25 μM、0.5 μM 和 1 μM 的 OT 刺激的 hTERT-HM 细胞振幅统计。（G-I）分别由 0.25 μM、0.5 μM 和 1 μM 的 OT 刺激的心肌细胞放电率统计。（J）振幅的剂量和时间依赖性特征曲线。（K，L）放电率和振幅的热图。
图4LPS可促进炎症反应，并诱导 hTERT-HM 细胞出现不规则收缩，与OT联合作用时可引发严重的早产反应。（A、B）采用 CCK8法检测LPS 处理24小时（A）和LPS+0.5 μM OT处 24小时（B）后细胞的存活率。（C、D）不同浓度LPS或 LPS+OT 处理后细胞的钙离子荧光强度曲线孔板中培养的细胞在明场下的形态照片。比例尺：100 μm。（E、F）采用ELISA检测经10 μg/ml LPS+0.5 μM OT或10 μg/ml LPS 处理24小时后hTERT-HM 细胞中促炎细胞因子IL-6（E）和TNF-α（F）的水平。（G）不同浓度 LPS+0.5 μM OT处理下h-TERT HM的电生理信号。（H、I）不同处理条件（0.5 μM OT、10 μg/ml LPS+0.5 μM OT和20 μg/ml LPS+0.5 μM OT）下放电频率和幅度的时间依赖性特征曲线。
图5硫酸镁可缓解LPS和OT诱导的钙离子释放及不规则电生理信号。（A）采用 CCK8 法检测24小时硫酸镁处理后的细胞活力。（B）将Fluo-4AM探针加载到hTERT-HM细胞中。在给予不同浓度的硫酸镁后，使用荧光显微镜记录细胞内基线 μg/ml的LPS和0.5 μM的OT，观察30秒时的钙离子释放情况。（C、D）不同处理条件下荧光图像上的钙离子荧光强度曲线。恒峰娱乐登录（E）钙离子释放达到最大强度的时间分析。
通过开发基于多模态电生理和光学生物传感系统的体外平台，为深入探讨炎症驱动的早产机制和潜在治疗策略提供了新的思路。该平台不仅能够高效、精确地模拟炎症引起的子宫平滑肌异常收缩和钙离子动态，还为评估药物干预效果，特别是硫酸镁在恢复正常收缩和电生理信号方面的作用，提供了新的实验依据。通过这种新的研究方法，未来能够推动早产的早期诊断、个性化治疗及干预策略的发展，为解决早产问题和提高新生儿健康水平提供更加可靠的技术支持和理论依据。
罗琼，医学博士，教授，博士生导师，主任医师，现任浙江大学医学院附属妇产科医院副院长。获3项国家自然科学基金项目，1项“十四五”国家重点研发课题，1项“十二五”国家科技支撑课题等支持，近年来在Nature Medicine、American Journal of Obstetrics and Gynecology、Journal of Hypertension、Environmental International等国际知名期刊以通讯或第一作者（含共同）共发表60余篇高水平论文；作为第一完成人获国家授权发明专利3项，实用新型专利6项；作为核心专家牵头或编写母胎医学出生缺陷防控和早产领域相关标准或专家共识5部；获“国家优秀青年医师”，“浙江省医坛新秀”称号，获中国出生缺陷干预救助基金会青年学者奖，作为主要完成人获得浙江省科技进步一等奖1项（5/13）、二等奖1项（6/9），作为章节负责人参与编写著作Gamete and Embryo-Fetal Origins of Adult Diseases、《实用人类辅助生殖技术》、《发育源性疾病》。担任浙江省医学会围产医学分会候任主任委员、浙江省预防医学会出生缺陷防控专委会主任委员、中华医学会遗传学分会青年委员、中华医学会妇产科学分会产科学组青年委员、中华预防医学会出生缺陷防控专委会委员以及中国医师协会出生缺陷防控专委会委员等学术职务，一直致力于母胎医学出生缺陷和早产相关研究，推动学科发展。
胡宁，现为浙江大学化学系“百人计划”研究员，博士生导师、浙江大学杭州国际科创中心研究员、浙江大学医学院附属儿童医院研究员、国家儿童健康与疾病临床医学研究中心研究员，本硕博毕业于浙江大学生物医学工程专业，后前往哈佛大学、麻省理工学院、塔夫茨大学开展博士后研究工作。十余年来专注于生物医学传感与纳米科学技术交叉学科领域，坚持以探索微纳生物医学传感研究与技术的创新、突破技术与仪器的瓶颈、打破国外技术与产品的垄断为目标，系统性地发展了生物医学传感核心的生物模型、试剂、器件、技术与系统。目前，共主持国家自然科学基金国际合作研究项目、面上项目、国际合作交流项目、青年项目、教育部人才培养项目、省自然重点项目、省自然面上项目、企事业横向项目等30多项，参与国家自然科学基金委、国家海洋局等重大科研仪器研制类项目10多项。相关成果已在国际知名期刊Nature Reviews Gastroenterology and Hepatology(IF=45.9)、Biosensors and Bioelectronics(IF=10.7)、ACS Nano(IF=15.8)、Nano Letters(IF=9.6)、Nano-Micro Letters(IF=31.6)、Advanced Functional Materials(IF=18.5)、PNAS(IF=11.1)、Chemical Reviews(IF=51.4)、Advanced Materials(IF=27.4)、Advanced Healthcare Materials(IF=10.0)等共发表SCI论文120多篇，其中通讯作者80多篇；授权发明专利20多项，转让4项；基于生物医学传感技术的研究成果撰写中英文著作5部；有关生物医学传感技术的研究与应用成果分别获得教育部技术发明二等奖与自然科学二等奖，并担任中国生物医学工程学会生物医学传感技术分会委员，多个SCI期刊的副主编或编委，连续两年（2023-2024）入选年全球前2%顶尖科学家榜单。
韩昊特，生物医学工程博士，现为浙江大学医学院附属妇产科医院研究员。硕博毕业于浙江大学生物医学工程专业，后前往哈佛大学医学院Schepens眼科研究所做联合培养博士，开展CRISPR基因治疗视网膜病变研究。同时，长期专注于生物传感技术的设计优化及其临床应用，于浙江大学杭州国际科创中心完成博士后工作，聚焦细胞微纳传感器件、生物传感检测技术及其在生物医学领域中的应用，致力于解决生物医学领域中高灵敏传感检测、药物安全性评价、胞内物质递送等问题，相关成果在国际权威期刊Biosensors and Bioelectronics（中科院一区，IF=10.7）、Nano letters（中科院一区，IF=9.6）、Talanta（中科院一区，IF=5.6）和Diabetes（中科院一区，IF=6.2）等共发表学术论文30余篇，其中第一作者和通讯作者18篇。申请国家发明专利11项，其中授权6项。主持或参加的科研项目共10余项，其中主持中国博士后面上项目1项、浙江省自然科学基金探索青年项目1项，作为项目骨干参与科技部“重大新药创制”科技重大专项2项。返回搜狐，查看更多
