協(xié)同冰抑制在活體細胞冷凍保存中的應用
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(xiàn)了對活細胞冷凍過程的協(xié)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(fā)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(yī)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(fā)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(xiàn)對冰晶的協(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計、工程與結構仿生、多物理場協(xié)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(tài)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(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(qū)，減少復溫過程造成的低溫破壞。
此外，基于冰晶的協(xié)同抑制作用，本研究還實現(xiàn)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(wěn)定性，有望為后續(xù)的細胞治療提供一種新的保存方法。
