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医学科学向用于神经学研究的脑切片、用于治疗糖尿病的胰腺细胞甚至整个器官的冷冻保存迈出了关键的一步，这要归功于一种新的计算机模型，该模型可以预测组织的大小在保存过程中会如何变化
由俄勒冈州立大学工程学院的亚当·希金斯领导的研究结果发表在《生物物理杂志》上
生物工程副教授希金斯说:“组织的冷冻保存对生物医学研究和移植医学都很有用，但由于各种原因，很难冷冻保存组织。”
“一个主要原因是冰的形成可以从内部分裂组织
做菜的人可能已经熟悉了这一点——一个经过冷冻和解冻的西红柿会变得糊状
" 冷冻保存长期以来被广泛用于相对简单的应用，例如保存精液、血液、胚胎和植物种子
其他用途的一个障碍是冰结晶的破坏和为防止结冰而添加的化合物的有害性质
希金斯解释说，玻璃化是一种冷冻保存策略，通过被称为防冻剂的化学物质来阻止冰晶的破坏，这种化学物质可以防止冰的形成
CPA的一个例子是乙二醇，用于汽车防冻剂
在组织中，当组织温度降低到液氮水平时，足够高浓度的氯化石蜡会形成固体“玻璃”，而不是冰晶；液氮在零下320华氏度沸腾
希金斯说:“问题是，由于水穿过细胞膜，导致细胞破裂，这些化学物质会造成渗透损伤。”
“由于毒性，它们也能杀死细胞
因此，在设计最佳玻璃化方法时，诀窍是在正常生理条件和最终玻璃化状态之间选择最佳路径
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、高CPA浓度和液氮温度
" 因此需要数学建模
在早期涉及构成循环系统内层的单层内皮细胞的研究中，工程学院的希金斯和同事展示了一个涉及CPA毒性、渗透损伤和传质的模型的价值
该模型揭示了一种违反直觉的加载CPA的方法:诱导细胞膨胀
研究人员发现，如果细胞最初暴露在低浓度的CPA中，并给定时间膨胀，那么在快速加入高浓度CPA后，样品可以玻璃化
希金斯说，结果是总体毒性大大降低
玻璃化后健康细胞存活率从常规方法的约10%上升到80%以上
他说:“玻璃化最大的单一问题和限制因素是CPA毒性，溶胀法对解决这个问题非常有用。”
“我们的新论文通过提出一种新的组织传质模型，扩展了这一研究领域；一个关键特征是它允许预测组织大小的变化
" 希金斯指出，已经观察到多种类型的组织在暴露于CPA溶液后会改变大小；其中包括软骨、卵巢组织和胰腺中称为胰岛的细胞群
他说，这些尺寸变化很可能是设计组织玻璃化方法的重要考虑因素
希金斯说:“传统的传质建模方法被称为菲克定律，它假设组织尺寸保持不变。”
“我们的新模型用于两种非常不同类型的组织，即关节软骨和胰岛，它打开了一扇大门，将我们以前的数学优化方法扩展到为各种组织类型的冷冻保存设计更好的方法
" 希金斯说，随着越来越复杂的组织玻璃化变得可能，其新的应用也可能变得可行——特别是随着组织再生领域的快速发展，干细胞可以用来生长新的组织甚至整个器官
他说，可以想象，组织可以少量制造并储存，直到需要移植
捐献用于移植的器官可以常规保存，直到找到精确的免疫匹配
希金斯说，人们也有可能用自己的干细胞培育出备用的心脏或肝脏，并将其玻璃化，以备将来需要时使用
他补充说，药物开发是另一个受益于提高和扩大玻璃化潜力的领域
药物测试通常在传统的细胞培养系统或动物模型中进行，这通常不能准确预测药物在人体内的效果
新的“芯片上的器官”——包含在模拟天然组织或器官的条件下培养的人类细胞的微流体室——可能能够更准确地预测人类的药物反应，但它们的使用需要在玻璃化允许的情况下长期储存细胞
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