作者：董子璇，
近年来，冻融胚胎移植（frozen-thawed embryo transfer, FET）在全球
传干扰等依然限制着FET的发展。纳米技术因其亚细胞级别的精准干预能力，在分子修复、能量调控和微环境编程等方面展现出巨大潜力。现就近年来纳米技术在FET中的应用与研究进展进行综述。
1 传统FET技术的局限性
1.1 冰晶形成与物理损伤
在胚胎冷冻保存中，冰晶的形成是导致损伤最主要的物理因素。当细胞内外环境中的水分子结晶时，形成的冰晶会刺穿细胞膜和细胞器，造成不可逆的结构性破坏。玻璃化冷冻技术能有效减少冰晶的形成，当前胚胎冷冻保存的重点已从传统的慢速冷冻转向精确的玻璃化，显著提高了存活率并取得了更好的临床效果[3]。然而，玻璃化冷冻过程中残余的微小冰晶及其在复温过程中的再结晶仍然是胚胎冻融操作中对胚胎产生损伤的重要因素[4]。
1.2 CPA的化学毒性
CPA，包括DMSO、丙二醇（propylene glycol, PG）等是实现玻璃化冷冻不可或缺的化学物质，但其本身具有一定的细胞毒性[5]。高浓度或者长时间的CPA暴露可对胚胎的发育潜能造成影响，直接关联胚胎的存活与发育能力[6]。研究表明，囊胚玻璃化冷冻可导致线粒体功能障碍、凋亡水平升高和细胞数量减少[7]。DMSO可破坏细胞膜完整性与稳定性[8]， 即使是在低浓度（≤0.5%）下，DMSO也会对细胞代谢产生广泛影响[9]，并通过改变DNA甲基化诱导细胞分化[10]。
1.3 表观遗传干扰
CPA是冻融胚胎DNA去甲基化的主要因素之一。已有研究证明，DMSO玻璃化早期裂解阶段会导致胚胎DNA甲基化水平降低[11-12]。SHIDA等[11]研究发现，DMSO诱导的DNA去甲基化直接作用于该通路基因的启动子区域，RNA测序结果表明以DMSO为核心的冷冻保护剂组的差异基因主要影响细胞表面、细胞黏附和MAPK信号通路，且黏附缺陷在体外实验中得以验证；PG虽能改善DMSO诱导的DNA去甲基化，却影响胚胎的线粒体和蛋白质合成，会引发更严重的能量代谢与蛋白质合成缺陷。大量临床研究也证实：FET出生的新生儿中，巨大儿比例增高、儿童期肥胖等代谢性疾病的发病率增加[13-14]，证实了FET对胚胎表观遗传学的改变。
2 纳米技术对当前FET困境的精准破局
通过纳米材料的尺寸效应、靶向性和可控释放的三重优势，可有效克服传统FET技术的短板。
2.1 纳米材料的小尺寸效应
小尺寸纳米颗粒（nano-particles, NPs）不仅易穿透卵丘细胞层及透明带，还具备高效负载生物活性分子的能力[15]。例如负载GnRH的壳聚糖纳米颗粒（Gn RH-Ch NPs）的负载效率可达90%。显著提升家兔体外受精的成功率和活产率[16]。
2.2 纳米材料的靶向性
纳米颗粒可借助卵母细胞固有摄取机制，高效低侵入性地递送精子DNA等外源分子[3]。通过OVGP1蛋白将磁性纳米颗粒特异性靶向结合于卵子及胚胎外部基质，可实现磁场作用下的定向移动或
定位固定，不影响细胞正常发育潜能[17]。纳米载体亦可通过表面修饰[18]，实现精准靶向，有助于保护配子及胚胎免受氧化应激和损伤[19]。
2.3 纳米材料的可控释放特性
①有效对抗胚胎冷冻应激：胚胎的多细胞结构导致其对冷冻保存的氧化应激敏感[20]。纳米材料在配子冷冻保护中的技术突破为胚胎冻存发展提供了思路。例如，PLGA-白藜芦醇（PLGA-RES）纳米颗粒可提高卵母细胞存活率至80.42%，降低8.33%线粒体异常率[17]；应用1%、50～100 nm的
3 纳米技术在FET的应用进展
3.1 纳米载体递送冷冻保护剂
3.1.1 纳米材料载体开发
3.1.1.1 聚乳酸-羟基乙酸共聚物[poly（lacticco-glycolic acid）, PLGA] PLGA是一种生物可降解聚合物，因其优异的生物相容性和可控降解性能，在药物递送和生殖医学冷冻保护领域受到广泛应用[23]。PLGA NPs凭借其高比表面积、可调控的粒径与表面电荷，在药物负载与缓释方面展现出卓越性能。PLGA NPs的多孔结构使得亲水性[24]与疏水性[25]药品均能高效包载，药物包封率常超过20%，显著优于脂质体等传统载体。通过调节PLGA中乳酸（lactic acid, LA）与乙醇酸（glycollic acid, GA）的比例，可精准控制其降解速率，实现抗氧化剂的持续释放[26]。例如，装载褪黑素的PLGA NPs在卵母细胞冷冻过程中实现了长达72 h的缓释，显著提升了卵母细胞成熟率和冷冻存活率[27]。
在生物相容性方面，PLGA NPs的降解产物LA和GA均为三羧酸循环的天然代谢物，生物安全性 高[ 28]。有研究表明PLGA NPs对体外培养的小鼠胚胎无毒性影响，胚胎可正常发育，移植后胎儿健康也未受影响并可正常出生，无遗传异常[29]。KIM等[30]验证了PLGA NPs在小鼠模型中的受精率、囊胚形成和着床能力方面与对照组无显著差异，且能成功穿透卵母细胞透明带，不干扰胚胎的全周期发育，显示出良好的生物相容性。目前，由于伦理和法律上的限制，PLGA NPs在人类胚胎中的研究尚属空白。
3.1.1.2 壳聚糖纳米粒（chitosan nanoparticles, CS-NPs） CS-NPs具有良好的生物相容性、阳离子特性及易于功能化修饰，是冷冻保护中递送活性成分（如抗氧化剂、抗凋亡药物）的理想载体。结合先进的制剂技术（如冻干-超声法），CS-NPs不仅实现了高效递送与控释，还在维持胚胎结构和功能完整性方面展现出显著优势。研究显示，粒径在200～400 nm 的CS-NPs可有效穿透细胞膜，并靶向线粒体、细胞核等关键细胞器[31]。CS-NPs的pH敏感性使其在酸性微环境中精准释放活性成分（如白藜芦醇、
3.1.1.3 碳基纳米材料 碳量子点（carbon quantum dots, CQDs） 石墨烯量子点（graphene quantum dots, GQDs）等碳基纳米材料因其优异的抗氧化性能与细胞器靶向能力，在构建仿生冷冻保护剂中展现出广阔前景。CHUNG等[34]研究证实，基于氨基柠檬酸盐与亚精胺制备的CQDs在斑马鱼模型中毒性极低（LD50分别为500与100 ppm），长期暴露未对繁殖力与后代发育造成不良影响。掺硒CQDs（Se CQDs）显著降低ROS水平，提高卵母细胞成熟率（+18.6%）与胚胎卵裂率（+22.3%），其机制可能源自硒参与GPx激活与线粒体功能维持有关[35]。GQDs亦显示出良好的线粒体保护作用：其提升卵母细胞线粒体膜电位25.7%，降低凋亡率31.2%，提高囊胚形成率15.4%，表明其调节氧化应激通路的潜力[36]。
三苯基膦功能化碳点（TPP-CDs）可通过TPP基团靶向作用于线粒体，在1.0 mg/m L浓度下其·OH清除率达98%，有效维持ΔΨm稳定，缓解冷冻应激损伤[37]。
3.1.2 无机载体
3.1.2.1 介孔二氧化硅纳米粒（mesoporous silica nanoparticles, MSNPs） MSNPs具有较大的表面积和孔隙体积、有序的介孔结构，这种结构使得MSNPs有着较高的药物封装率，能够有效地搭载药物，均匀介孔通道能够使药物保持稳定，有利于药物缓 释[38]。目前已有关于MSNPs用于提高卵子质量，继而提高胚胎质量的报道[39]。
3.1.2.2 GNRs GNRs因其表面等离子体共振特性，在1 064 nm激光激发下能高效转换热能，用于冷冻复温阶段的快速升温。KHOSLA等[22]研究证实，通过向斑马鱼胚胎注入GNRs并在复温阶段进行激光照射，可显著提高胚胎存活率与后代繁殖能力。
3.1.3 纳米材料的递送策略 透明带穿透与抗氧化应激靶向为实现高效、安全的胚胎冷冻保护，纳米材料需具备穿透透明带并靶向作用于细胞内氧化应激关键位点的能力。
3.1.3.1 透明带穿透 透明带是由糖蛋白构成的卵母细胞与胚胎外层结构，构成物理与电性双重屏障，有效阻止外源性物质侵入[40]。为实现冷冻保护剂的高效递送，研究聚焦于突破透明带屏障的策略，包括粒子电荷调控、物理穿孔及配体修饰。
研究显示，近中性电荷（ζ电位约-5 m V）的PLGA NPs可规避透明带的静电排斥，实现高效穿透[39]。 透效率呈现粒径与时间依赖性，早期以扩散为主，后期则由主动运输主导[41]。金纳米颗粒（gold nanoparticles, Au NPs）表面偶联卵丘蛋白形成NPOv复合物，通过特异性识别透明带糖蛋白并在磁性引导下实现定位递送，为胚胎的解冻提供更为精准的平台[42]。
3.1.3.2 胞内靶向抗氧化应激损伤 体外胚胎培养过程中，高氧浓度（约20%）与冰晶生成、渗透压变化等冷冻应激因素协同作用，可引发大量ROS生成，进而造成线粒体功能障碍、DNA损伤与细胞凋亡[43]。PLGA-RES纳米粒（粒径约138 nm，ζ电位+6.5m V），能增强胞吞并显著降低ROS水平，提升
3.2 纳米材料在宫腔靶向递送中的应用
子宫内膜容受性是影响FET成功率的关键因素之一。纳米材料可通过宫腔局部递送系统，精准调控子宫内膜微环境，提升胚胎着床率。一项研究构建了一种可降解的水凝胶，通过负载脂肪来源干细胞和黑色素纳米颗粒，促进子宫内膜损伤的修复和再生，该水凝胶能够有效改善子宫内膜的厚度和腺体数量，提高受孕率[44]。此外，纳米材料还包括纳米纤维、纳米片、纳米管等[45]。纳米纤维具有较大的比表面积、与体内细胞外基质极其相似的三维微观结构以及适当的孔隙率[46]，已成为靶向基因或药物输送、组织修复与再生等领域不可或缺且重要的材料。
一项研究使用静电纺丝技术将纤维蛋白原和聚（L-乳酸-己内酯）[P（LLA-CL）]结合在一起，制备纳米纤维材料，并将其植入受损的雌性大鼠子宫内膜中[47]，不仅增加了子宫内膜腺体的厚度和数量，还减少了子宫内膜纤维化的面积，促进了新生血管的形成，最终使子宫受损的大鼠恢复了生育能力，并提高了受孕率。纳米纤维还被用作干细胞的载体，以发挥其对子宫再生的免疫调节作用。例如负载有
近年来，纳米纤维还被用于携带无机纳米材料以促进子宫内膜的再生。例如，基于碳酸铜硅酸盐纳米片（CUP NSs）作为光热转换剂和聚合物聚（D，L-乳酸-聚三羟甲基丙烷碳酸酯）（PT）作为形状记忆构建单元的第二种近红外（NIR-I）光响应形状记忆复合材料CUP/PT，具有出色的形状记忆性能，可作为治疗宫内粘连的抗粘连屏障，其缓慢释放的硅和铜离子有效地支持了血管生成，可促进受损大鼠子宫内膜的再生[50]。
3.3 纳米级冰晶抑制（ice recrystallization inhibitors, IRI）
IRI肽可通过在冰晶表面以氢键或疏水相互作用结合，阻碍晶体生长前缘，显著降低冰晶尺寸与尖锐度，进而减弱对细胞膜的物理破坏，抗冻蛋白（antifreeze glycoproteins, AFPs）是其中最具代表性的一种[51]。纳米递送系统的引入显著放大了IRI肽的功能性与稳定性。例如，将AFP I型HPLC6肽序列共价连接于AuNPs表面，构建多拷贝协同结构，其在0.7 nmol/L即展现优异的IRI活性，远优于游离肽（需达100 μmol/L浓度）。该构型模拟AFP的“体积协同效应”，提高了对冰晶表面的覆盖率与亲和性[52]。
4 FET中纳米技术的安全性评估与争议
4.1 更优生物相容性纳米材料的筛选
目前，纳米材料在FET中已经显示出可喜的前景，但是其生物相容性仍存在诸多挑战。目前多数纳米材料的安全性数据仍依赖于动物模型，人体胚胎研究数据较为有限。例如，CS-NPs在小鼠模型显示出良好的生物相容性[53]，但其在人类胚胎中的穿透效率、代谢清除机制及对胚胎发育的长期影响尚不明确，亦缺乏对子代表观遗传稳定性及长期健康的追踪数据。
体外和体内研究均表明，碳纳米颗粒对生殖系统具有潜在毒性，可能会降低生育能力并影响后代发育[54]。二氧化硅纳米粒可以通过血液循环滞留于卵巢组织，穿透胎盘屏障，导致雌性第一代小鼠卵巢储备功能下降，卵母细胞减数分裂重组异常，长期暴露可能导致卵泡储备减少[55]。铜纳米粒子可能会损害小鼠植入前胚胎的发育，特别影响从桑葚胚到囊胚的过渡，这一过程的中断可能与线粒体自噬介导的代谢紊乱有关[56]。因此，每一个新开发的纳米材料在辅助生殖领域的应用，必须通过极为严格的生物相容性测试和子代安全性的筛选。
4.2 长期发育安全性追踪
纳米材料在胚胎发育早期的暴露可能通过表观遗传机制影响子代健康。已有动物研究表明，部分纳米材料（如二氧化硅）可穿透胎盘屏障，影响卵巢储备与减数分裂重组[57]。未来需建立包括多代追踪、表观基因组学分析在内的系统性评估体系，以明确纳米材料在人类辅助生殖中的长期安全性。目前，关于纳米材料暴露对人类子代长期健康影响（如代谢性疾病、神经发育等）的临床数据极为匮乏，这是其临床转化前必须填补的关键证据空白。
4.3 临床转化瓶颈
4.3.1 标准化生产 在纳米产品生产过程中，微小的变化都可能导致最终产品出现巨大的差异，因此需要考虑生产环节对产品的影响，并且验证评价批次间重复性的办法。此外，良好生产规范是必须考虑的一个因素，在制造纳米产品早期就要考虑关键质量属性，如尺寸分布、电荷和形态、药物封装和释放等[58]。
4.3.2 成本效益分析 不同纳米
5 未来展望
5.1 纳米技术与基因编辑
有研究者通过纳米技术构建了具备基因编辑功能的纳米载药系统NTA630-NCs-RBCM-T。该系统首先将基因编辑工具CRISPR-Cas9与小分子抑制剂ND630分别封装于纳米粒中，再共同包覆
5.2 AI驱动的纳米材料个性化筛选
运用AI和机器学习等手段也可在未来为制备和筛选更有效安全的纳米材料应用于FET操作提供新的工具。例如，利用AI手机文献和专利中的相关数据使用，In Draw提取结构并转化为SMILES字符串，经数据处理后，用LightGBM算法构建预测表观pKa和m RNA递送效率的AI模型，筛选出用于m RNA递送的可电离脂质[61]。
综上，纳米技术能够从减少冰晶损伤、靶向递送抗氧化应激物质、透明带穿透及改善子宫内膜容受性等多方面，改良传统FET技术在胚胎冷冻、解冻与着床过程中的技术瓶颈，改善FET妊娠率和子代的表观遗传改变。然而，由于纳米材料的发展时间较短，大部分材料和递送策略的生物安全性和临床转化仍面临时间的考验和子代安全性的检验。未来，纳米材料与辅助生殖的跨学科融合必将获得极大发展，并与基因编辑与AI等新兴技术相结合，最终实现全人类优生优育的可持续发展健康目标。
参考文献略。
来源： 董子璇, 何健, 施昱含, 等. 纳米技术在冻融胚胎移植中的应用进展[J]. 温州医科大学学报, 2025, 55(12): 993-999.
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