低温生物医学技术
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低温保护剂
发布时间:2017-03-13 22:42:00 作者:

  冷冻保护剂是人体各种细胞、组织、器官深低温冷冻保存研究的基础,自上世纪60年代发现甘油的低温保护作用以来,约有 50 多种药物或试剂被应用于冷冻保护。近年来,随着玻璃化冻存技术的发展,冷冻保护剂的深入研究为众多研究者所重视。


  生物样本组织的低温保存通常有2~10℃的亚常温保存和-80~-196℃的深低温保存两种。2~10℃的亚常温保存通常适用于在短时间内即可进行移植或运输过程的组织和器官,常用的保护液有 Wisconsin 大学开发,临床应用近 20 年的UW 液,由法国 Georges Lopez研究所研制的IGL液,低钾、低钠、非体液性HTK保存液,结合了UW液和HTK液的优点,用于供心保存的Celsior液(CS 液)等。国内也研制出SMO 液即上海多器官保存液等几种效果比较好的低温保存液。另外还有欧洲广泛使用的临床肾脏移植的标准保存的EC 液,中国器官移植的主要灌洗和低温保存的HC-A液等。


  随着科技进步和样本长时间保存需求的日益增多,深低温冷冻保存就成为细胞、组织和器官保存研究的不二选择,目前液氮深低温保存已广泛成为各种细胞和组织的最佳保存方式。


  冷冻保护剂可根据在深低温保存中的作用分为两大类:渗透性和非渗透性保护剂。渗透性保护剂以多元醇类为主,包括乙二醇(EG)、二甲基亚砜(DMSO)、丙二醇、丙三醇、甲酰胺和乙酰胺等。渗透性保护剂的作用是通过降低冰点,取代细胞内蛋白、DNA和其他成分周围的水分,减少或避免细胞内冰晶形成。非渗透性保护剂主要包括低分子量的单糖(如果糖、葡萄糖、麦芽糖等)、双糖(蔗糖、海藻糖等)、多糖类(棉子糖等)以及分子量大于1000Da的高分子化合物(聚蔗糖、右旋糖酐、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇和羟乙基淀粉等)。非渗透性保护剂有利于改善保护液的玻璃化性质,提高冷冻保护效果,同时通过渗透作用促使细胞脱水,稳定细胞膜,降低达到玻璃化本身所需要的冷冻保护剂的用量,从而减少玻璃化溶液的毒性。


  冰晶阻断剂、抗冻蛋白、磁性纳米颗粒、甚至某些中草药成分(例如人参皂苷)等不同于以上两类的新型物质也有文献证明能够起到良好的冷冻保护作用。对以上各种物质进行系统分析,针对不同冷冻保护生物样本的性质和要求筛选合适的冷冻保护物质组合,并通过先进仪器和技术手段进行参数测定,降温和复苏程序筛选,使生物样本免受冰晶损伤,从而为临床及基础科研提供良好的生物样本,成为新的研究方向。


  此外,在现有保护剂研究开发的基础上,还应积极关注一些其他有潜在应用价值的物质,如抗氧化剂(桔酸丙酯、维生素E、维生素C、氨基酸、卵磷脂、蛋白质水解物、硫代硫酸钠、抗坏血酸钠)等,寻找DMSO等常用有毒保护物质的替代成分,研发低毒甚至无毒的冷冻保护剂,也是我们一个重要的研究方向。


  在现有多种细胞深低温保存的基础上,遴选和优化更多保护物质,结合抗冻蛋白、纳米磁性颗粒等新型物质,筛选合适的降温和复温程序,实现临床组织和器官等样本的高质量保存。

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