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发布日期:2023/8/31 13:56:00

生物材料的冷冻保存,是医学、生物学和农业等的基础。在冻存过程中需要精确控制冰的形成,例如,抗冻蛋白可以通过抑制冰的生长/重结晶,从而可以有效地保护许多越冬生物体免受冻害。与需要大量有毒渗透性冷冻保护剂(如甘油或二甲基亚砜)以及快速冷却以促进水形成无定形玻璃(无冰)状态的玻璃化冷冻保存方法相比,抗冻蛋白启发的控冰策略在生物相容性和大规模冷冻保存方面具有明显的优势。然而,尽管抗冻蛋白具有出色的抑制冰生长/重结晶的活性,但其在低温保存的实际应用中受到高成本和难以批量生产的限制。此外,抗冻蛋白的其他独特性质,如热滞后活性和冰形效应,也阻碍了它们在低温保存中的应用,因为在冻融过程中,不受控制的突然爆发的针状冰晶会损害细胞。因此,迫切需要一种低成本、具有生物相容性、抑制冰的生长/重结晶、无热滞后活性/冰形效应的冷冻保存剂。

该文章提出和展示了黄腐酸对红细胞进行高效非玻璃化低温保存的方案的实验流程,旨在发现更安全和高效的低温保护剂。该工作流程的优势在于这种保存方法的试剂组成、操作步骤更为简单,保存效果更为优异。

 

 

在这一工作中,作者详细阐述了黄腐酸对红细胞进行高效非玻璃化低温保存的方案(图1),描述了黄腐酸分馏的步骤,并进行了冰重结晶和冰冻融试验,同时进行了红细胞的冷冻/解冻,并测试了复苏后红细胞的活力。

 

图1 黄腐酸对红细胞进行高效非玻璃体低温保存的方案

(图源:Hu, et al., STAR protocols, 2023)

 

在这种低温保存方案中,研究者发现红细胞在低温保存后实现了良好的细胞恢复,并保持较高的细胞活力。与使用商业低温保护剂相比,使用黄腐酸进行低温保存的红细胞的细胞恢复更具有优势。虽然添加的蔗糖和d-半乳糖浓度是黄腐酸的两倍,但细胞的回收率仍远低于黄腐酸。此外,黄腐酸磷酸盐缓冲溶液中低温保存后的红细胞显示出高细胞活力,即在黄腐酸的保护下,红细胞在不同解冻条件下的活力与新鲜红细胞基本相同。

 

图2 低温保存后红细胞的细胞恢复和活力

(图源:Hu, et al., STAR protocols, 2023)

 

文章结论与讨论,启发与展望
综上所述,在这项工作中,研究者系统地描述了黄腐酸对红细胞进行高效非玻璃化低温保存的方案。黄腐酸具有理想的控冰特性,包括减少冰的生长/重结晶,加速冰的融化,以及平滑冰晶边缘,同时它显示出良好的生物相容性,并大大提高了绵羊红细胞的细胞恢复率,在不需要添加任何其他冷冻保护剂,如甘油或二甲基亚砜的条件下,是商业冷冻保护剂羟乙基淀粉的三倍以上。这是一个仅通过生物相容性小分子实现的非玻璃化低温保存的巨大突破。考虑到对更安全和高效的低温保护剂的需求日益增加,这项工作将大大促进黄腐酸或黄腐酸启发的小分子在低温保存中的应用。在未来的研究中,将对其他种类的细胞或组织进行进一步的研究。
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