日本高级科学技术研究所 当用锁相环(0)冻结细胞时
65)，冷冻过程使锁相环(0
65)分子，这反过来导致它们聚集，因为强大的分子间吸引力
锁相环(0
65)将离子和水截留在基质中，以防止任何剧烈的渗透变化
厚聚合物基质抑制细胞外冰流入细胞，从而避免细胞内冰形成的问题(IIF)
图片来源:JAIST的松村和树
冷冻保存包括在超低温下保存生物材料，如细胞、组织和器官，以便它们可以在以后复活和使用
为了实现冷冻保存，以使保存的材料不被损坏，科学家使用了各种称为冷冻保护剂的化学物质，这有助于冷冻过程
不幸的是，许多现有的防冻剂有很大的局限性
例如，二甲基亚砜可用于低温保存红细胞，但对细胞也有毒性
为了克服这些限制，日本高级科学技术研究所(JAIST)和日本RIKEN的研究人员对一类称为聚两性电解质的化学物质进行了实验，发现一种叫做羧基化ε-poly-ʟ-lysine (COOH-PLL)的聚两性电解质是一种有前途的低温保护剂，对细胞没有毒性作用
然而，COOH-PLL作为冷冻保护剂的机制仍知之甚少，这阻碍了开发更好的聚两性电解质冷冻保护剂的努力
为了解决这个知识缺口，这个由日本科技大学松村和树教授领导的研究团队——其中也包括助理教授
教授
来自JAIST和Dr
林先生和博士
RIKEN的长岛俊夫进行了另一项研究，他们使用了一种叫做固态核磁共振(核磁共振)光谱的方法来表征水分子、钠离子和氯离子以及一种叫做锁相环(0
65)当它们被混合并冷冻到用于冷冻保存的温度时
他们的发现发表在最近一期同行评议的杂志《通讯材料》上
正如所料，从这些冷冻溶液中记录的核磁共振信号表明分子水平迁移率降低，溶液粘度增加(即
e
增加的流动阻力)
重要的是，锁相环-(0
65)分子以阻止细胞内冰晶形成的方式捕获水分子和离子，并对抗渗透休克的影响(一种生理功能障碍，其中细胞周围离子浓度的突然变化会导致液体快速流入或流出细胞，从而损坏细胞)
细胞内冰晶和渗透休克是冷冻过程中细胞或组织损伤的主要原因
65)防止两者都有助于解释其作为防冻剂的有效性
在描述这些发现的科学价值时，教授
松村指出，核磁共振技术的使用“使得通过不同于现有低温保护剂的机制来操作的聚合物的低温保护特性得以表征”
他预测，这一特性“将有助于新防冻剂的分子设计”，这将“促进聚合物防冻剂的临床应用，这些防冻剂可以作为二甲亚砜和甘油等小分子试剂的有效替代品”
" 小分子防冻剂仅用于保存细胞和小组织，但是聚合防冻剂可以使研究人员实现更大组织体积甚至整个器官的低温保存
这将是再生医学等新兴领域的重要进展，再生医学旨在通过替换或再生细胞、组织和器官来恢复正常的生理功能
该团队的发现也可能对基础生物学产生重要影响
近年来，科学家们发现，缺乏固定三维形状的内在无序蛋白质在保护细胞免受低温干燥和渗透休克相关损伤方面发挥着重要作用
因为蛋白质本身是一类聚两性电解质，这些最近发表的关于超低温下COOH-PLL行为的发现可能有助于解释内在无序的蛋白质保护细胞的机制
对这种蛋白质机制的进一步研究反过来可能会导致用于再生医学的先进材料的开发
总之，这些发现可能对生物学和医学有相当大的价值
“基于我们现在对聚合防冻剂机理的更好理解，”教授指出
松村说，“我们希望开发新的用于大容量组织和器官的冷冻保存技术，这将允许通过建立工程组织库来实现再生医学的工业规模实施
“这些走向再生医学的步骤将极大地改善目前无法治愈的疾病患者的生活
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