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协同冰抑制在活体细胞冷冻保存中的应用

2021-02-25 17:27   来源: 互联网    阅读次数:3203

记者19日从中国科技大学了解到,大学信息科技学院赵刚教授通过分子材料设计、工程策略和多物理场相结合,实现了对活细胞冷冻过程的协同冰抑制,大大提高了活细胞冷冻保存的效率和质量,研究成果日前在国际著名学术期刊"科学进步"上发表。


冰晶的形成、生长和去除在航空航天、大气科学、低温生物医学等领域有着重要的意义。目前,世界上常用的生物样品的冷冻保存方法可分为两类:慢冻法和玻璃化法。然而,无论采用哪种冷冻保存方法,都很难避免复温融化过程中可能发生的结晶和反玻璃化,复温过程中的冰晶形成所造成的破坏往往是致命的。因此,在整个降温过程中实现对冰晶的协同抑制是非常重要的。


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赵刚教授第一次从分子材料选择与设计、工程与结构仿生、多物理场协同调控的角度,提出了全方位多层次抑制冰晶的方法和策略。在水热法的基础上,通过调整合成参数,制备出具有纳米形貌和花卉形态的纳米复合材料。纳米复合材料集成了抑制冰晶形成、生长和快速烧蚀的功能,可以显著减少冰晶在冷冻过程中的损伤,大大提高细胞保存效率。


结果表明,纳米材料可以调节冰晶的成核,显著降低溶液的过冷度,从而显着地减少样品在冷却过程中遭受的冰晶损伤。其次,纳米复合材料可以选择性吸附到冰晶的界面上,从而抑制复温过程中冰晶的再结晶,同时,快速消融冰晶可以促进生物样品快速通过危险温度区,减少复温过程造成的低温破坏。


此外,基于冰晶的协同抑制作用,本研究还实现了在低浓度保护剂中对活细胞的快速冷冻保存,其保存效果与商用二甲基亚砜相同,保存后的样品能在体内存活多天,并保持正常的生长和增殖,表明该保存方法的可靠性和稳定性,有望为后续的细胞治疗提供一种新的保存方法。

责任编辑:无量渡口
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