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協同冰抑制在活體細胞冷凍保存中的應用

2021-02-25 17:27   來源: 互聯網

記者19日從中國科技大學了解到,大學信息科技學院趙剛教授通過分子材料設計、工程策略和多物理場相結合,實現了對活細胞冷凍過程的協同冰抑制,大大提高了活細胞冷凍保存的效率和質量,研究成果日前在國際著名學術期刊"科學進步"上發表。


冰晶的形成、生長和去除在航空航天、大氣科學、低溫生物醫學等領域有著重要的意義。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,都很難避免復溫融化過程中可能發生的結晶和反玻璃化,復溫過程中的冰晶形成所造成的破壞往往是致命的。因此,在整個降溫過程中實現對冰晶的協同抑制是非常重要的。


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趙剛教授第一次從分子材料選擇與設計、工程與結構仿生、多物理場協同調控的角度,提出了全方位多層次抑制冰晶的方法和策略。在水熱法的基礎上,通過調整合成參數,制備出具有納米形貌和花卉形態的納米復合材料。納米復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,大大提高細胞保存效率。


結果表明,納米材料可以調節冰晶的成核,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,納米復合材料可以選擇性吸附到冰晶的界面上,從而抑制復溫過程中冰晶的再結晶,同時,快速消融冰晶可以促進生物樣品快速通過危險溫度區,減少復溫過程造成的低溫破壞。


此外,基于冰晶的協同抑制作用,本研究還實現了在低濃度保護劑中對活細胞的快速冷凍保存,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定性,有望為后續的細胞治療提供一種新的保存方法。

責任編輯:無量渡口
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