俄勒岡州立大學(xué)的研究人員邁出了重要的一步，朝著更方便，更便宜的方式保護(hù)哺乳動(dòng)物細(xì)胞進(jìn)行體外受精，物種保護(hù)，細(xì)胞治療和其他目的。
該方法是干燥 - 從細(xì)胞中除去水 - 并且顯示出作為通過(guò)液氮冷凍保存的替代方案的希望。 液氮的沸點(diǎn)為零下320華氏度，而干燥的細(xì)胞可能存儲(chǔ)在傳統(tǒng)的冰柜或冰箱中。
“在液氮中儲(chǔ)存成本相對(duì)較高，運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)低溫的要求也不方便，”俄勒岡州立大學(xué)生物工程學(xué)副教授Adam Higgins說(shuō)。使細(xì)胞穩(wěn)定以便以干燥狀態(tài)儲(chǔ)存需要除去足夠的水，使剩余的基質(zhì)形成非結(jié)晶的玻璃狀固體。
“干燥解決方案*重要的性能特征是它能夠形成這種玻璃，”希金斯說(shuō)。“這就是將分子結(jié)構(gòu)鎖定到位并防止降解化學(xué)反應(yīng)的原因。因此，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 - 玻璃狀固體形成的點(diǎn) - 是設(shè)計(jì)細(xì)胞干燥程序的關(guān)鍵參數(shù)。這個(gè)溫度*終決定了生物樣本的適當(dāng)儲(chǔ)存溫度。“
希金斯與俄勒岡州立大學(xué)工程學(xué)院以及奧古斯塔大學(xué)和維拉諾瓦大學(xué)的合作者一起研究各種可能的干燥介質(zhì)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以及水分含量如何影響溫度。
“我們的目的是朝著了解這些混合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度邁出一步，我們肯定會(huì)這樣做，”他說(shuō)。他們研究了糖和聚合物的水溶液，以及可以滲透細(xì)胞膜并用于冷凍保存的化合物：乙二醇，丙二醇和二甲基亞砜，或DMSO。
研究人員將溶液干燥至不同的水分含量，然后使用差示掃描量熱法測(cè)量玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。“復(fù)雜的多組分解決方案的玻璃化轉(zhuǎn)變數(shù)據(jù)相對(duì)稀缺，”希金斯說(shuō)。“但正如我們所料，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨著含水量的降低而增加。”
例如，在磷酸鹽緩沖鹽水中含有0.1摩爾濃度海藻糖的培養(yǎng)基中，溫度范圍從*干燥樣品的約360度開(kāi)爾文到約220開(kāi)爾文溫度。水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4。零度開(kāi)爾文是零度，等于零下273.15攝氏度。
“向溶液中加入聚合物可提高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，”他說(shuō)。“添加滲透性冷凍保護(hù)劑會(huì)減少它。”
一般來(lái)說(shuō)，研究人員發(fā)現(xiàn)他們使用的聚合物 - 聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和Ficoll - 具有穩(wěn)定作用;將它們加入含有海藻糖和磷酸鹽緩沖鹽水的干燥培養(yǎng)基中可在任何水分含量下顯著提高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
向混合物中加入DMSO，乙二醇或丙二醇以依賴于濃度的方式降低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。“為了在干燥狀態(tài)下穩(wěn)定儲(chǔ)存，人們認(rèn)為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度應(yīng)該比儲(chǔ)存溫度高50度左右，”希金斯說(shuō)。“因此，在磷酸鹽緩沖鹽水中含有0.1摩爾濃度的海藻糖和10%PVP的干燥溶液需要干燥至約5%的水質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以便在室溫下穩(wěn)定儲(chǔ)存。為了儲(chǔ)存在冰箱中，干燥至約9%的水含量就足夠了。添加膜透性冷凍保護(hù)劑可以保護(hù)細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器，但增加必要的干燥程度。
結(jié)果表明，含有0.25摩爾濃度的冷凍保護(hù)劑的干燥溶液的室溫儲(chǔ)存是不可行的。但是，這種解決方案似乎有可能在干燥后分別在標(biāo)準(zhǔn)冰箱或冷凍機(jī)中達(dá)到約3%和6%的水質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
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