一組日本研究人員首次展示了在沒有冷凍保護劑(CPA)的情況下保存冷凍動物細(xì)胞，這種物質(zhì)可以保護生物材料免受凍害。為了保持細(xì)胞存活，所有常規(guī)的冷凍方法都需要添加CPA，這可能具有潛在的毒性并與細(xì)胞損傷和死亡有關(guān)。他們的方法只依賴于超快速冷卻 - 或者真正快速冷凍 - 在冷凍過程中保持細(xì)胞和重要的生物材料。沒有注冊會計師方法的安全凍結(jié)不僅會徹底改變研究和醫(yī)療材料的儲存重要性，而且會大大推進這些領(lǐng)域內(nèi)的所有研究方法。

該研究于2019年4月1日發(fā)表在美國國家科學(xué)院院刊(PNAS)上。

低溫保存 - 或在低溫下儲存 - 的目的是維持生物材料，包括組織，哺乳動物細(xì)胞，細(xì)菌，真菌，植物細(xì)胞和病毒。這些還包括干細(xì)胞，精子和胚胎，所有這些都可以隨后用于研究和/或臨床目的。當(dāng)正確執(zhí)行并考慮細(xì)胞和組織特定標(biāo)準(zhǔn)時，冷凍保存是連續(xù)和長期儲存的有效手段，從而可用于學(xué)術(shù)，工業(yè)和臨床研究的組織和遺傳穩(wěn)定的活細(xì)胞。為了使冷凍細(xì)胞保持活力，這些細(xì)胞內(nèi)外的水必須被玻璃化或變成非常小的晶體結(jié)構(gòu)。到目前為止，這已通過向媒體添加至少一個CPA來實現(xiàn)。

對于這項研究，研究人員能夠快速冷凍細(xì)胞并實現(xiàn)與使用CPA類似的玻璃化。“Ultrarapid冷卻比冷凍保存中通常使用的冷卻速度快得多。我們稱之為超閃冷凍，它幾乎可以在沒有任何冷凍保護劑的情況下玻璃化和冷凍保存活細(xì)胞，”相應(yīng)作者兼副教授Yoshitake Akiyama博士說。信州大學(xué)紡織科學(xué)與技術(shù)學(xué)院機械工程與機器人系。

無CPA超快速冷凍所需的臨界冷卻速率為每秒10000攝氏度，為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，研究人員使用噴墨細(xì)胞印刷技術(shù)。利用這種創(chuàng)造性的方法，他們反復(fù)試驗如何最小化冷凍對象，并最終發(fā)現(xiàn)在超過40皮升的液滴尺寸下實現(xiàn)了“超閃速冷凍”。

研究人員通過超快速冷卻一種小鼠細(xì)胞測試了他們的無CPA程序，并獲得了與CPA冷凍非常相似的結(jié)果。在不同的小鼠細(xì)胞系和大鼠間充質(zhì)干細(xì)胞上進一步證實了該方法，從而證明了功效和廣泛的適用性。

在未來，研究人員希望應(yīng)用他們的方法來保存各種類型的細(xì)胞，包括那些對冷凍保存程序特別敏感的細(xì)胞。“我們計劃使用方法冷凍保存其他細(xì)胞，包括多能干細(xì)胞，已知其干性和分化等特性對CPAs敏感。此外，我們認(rèn)為我們的方法可能適用于無法儲存的血細(xì)胞等細(xì)胞通過傳統(tǒng)的冷凍保存方法，“秋山教授補充道。

這項研究部分得到了日本科學(xué)促進會(KAKENHI)的資助，以及日本藥品，醫(yī)療器械，再生和細(xì)胞治療產(chǎn)品，基因治療產(chǎn)品和化妝品的法規(guī)協(xié)調(diào)和評估研究資助。醫(yī)學(xué)研究和發(fā)展機構(gòu)。