協(xié)同冰抑制在活體細(xì)胞冷凍保存中的應(yīng)用
記者19日從中國科技大學(xué)了解到，大學(xué)信息科技學(xué)院趙剛教授通過分子材料設(shè)計(jì)、工程策略和多物理場相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)活細(xì)胞冷凍過程的協(xié)同冰抑制，大大提高了活細(xì)胞冷凍保存的效率和質(zhì)量，研究成果日前在國際著名學(xué)術(shù)期刊"科學(xué)進(jìn)步"上發(fā)表。
冰晶的形成、生長和去除在航空航天、大氣科學(xué)、低溫生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著重要的意義。目前，世界上常用的生物樣品的冷凍保存方法可分為兩類：慢凍法和玻璃化法。然而，無論采用哪種冷凍保存方法，都很難避免復(fù)溫融化過程中可能發(fā)生的結(jié)晶和反玻璃化，復(fù)溫過程中的冰晶形成所造成的破壞往往是致命的。因此，在整個(gè)降溫過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)冰晶的協(xié)同抑制是非常重要的。
趙剛教授第一次從分子材料選擇與設(shè)計(jì)、工程與結(jié)構(gòu)仿生、多物理場協(xié)同調(diào)控的角度，提出了全方位多層次抑制冰晶的方法和策略。在水熱法的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整合成參數(shù)，制備出具有納米形貌和花卉形態(tài)的納米復(fù)合材料。納米復(fù)合材料集成了抑制冰晶形成、生長和快速燒蝕的功能，可以顯著減少冰晶在冷凍過程中的損傷，大大提高細(xì)胞保存效率。
結(jié)果表明，納米材料可以調(diào)節(jié)冰晶的成核，顯著降低溶液的過冷度，從而顯著地減少樣品在冷卻過程中遭受的冰晶損傷。其次，納米復(fù)合材料可以選擇性吸附到冰晶的界面上，從而抑制復(fù)溫過程中冰晶的再結(jié)晶，同時(shí)，快速消融冰晶可以促進(jìn)生物樣品快速通過危險(xiǎn)溫度區(qū)，減少復(fù)溫過程造成的低溫破壞。
此外，基于冰晶的協(xié)同抑制作用，本研究還實(shí)現(xiàn)了在低濃度保護(hù)劑中對(duì)活細(xì)胞的快速冷凍保存，其保存效果與商用二甲基亞砜相同，保存后的樣品能在體內(nèi)存活多天，并保持正常的生長和增殖，表明該保存方法的可靠性和穩(wěn)定性，有望為后續(xù)的細(xì)胞治療提供一種新的保存方法。
