記者2月19日從中國科學技術大學獲悉，該校信息科學技術學院趙剛教授團隊通過分子材料設計、工程學策略和多物理場結合，實現(xiàn)了活細胞深低溫冷凍保存過程的協(xié)同抑冰，極大提升了活細胞低溫保存的效率和質量。研究成果日前發(fā)表在國際著名學術期刊《科學進展》上。
冰晶的形成、生長以及去除，在航空航天、大氣科學、低溫生物醫(yī)學等諸多領域均具有重要的研究意義。目前國際通用的生物樣本深低溫冷凍保存方法，主要可以分為慢速冷凍法和玻璃化法兩大類。然而，無論哪一種低溫保存方法都難以避免復溫融解過程可能出現(xiàn)的再結晶和反玻璃化，而復溫過程中的冰晶形成對樣品的損傷往往是致命的。因此，實現(xiàn)降復溫全過程中冰晶的協(xié)同抑制至關重要。
趙剛教授團隊首次從分子材料遴選與設計、工程與結構仿生、多物理場協(xié)同調(diào)控相結合的角度，全方位、多層次地提出了冰晶抑制的方法和策略。研究人員基于水熱法，通過調(diào)控合成參數(shù)，制備出納米片和納米花形態(tài)的納米復合材料。納米復合材料集成了抑制冰晶的形成、生長以及快速消融的一體化功能，因此可以顯著降低細胞低溫保存過程的冰晶損傷，極大地提高細胞保存效率。
研究結果表明：降溫過程中納米材料具有可以調(diào)控冰晶成核的作用，顯著降低溶液過冷度，從而可以顯著降低樣品在降溫過程遭受的冰晶損傷。其次，納米復合材料可以選擇性地吸附至冰晶界面處，從而抑制復溫過程中的冰晶再結晶，同時可以實現(xiàn)冰晶的快速消融，促使生物樣品快速穿過危險溫區(qū)，降低復溫過程遭受的低溫損傷。
此外，基于冰晶協(xié)同抑制效應，本次研究還實現(xiàn)了活細胞構建物在低濃度保護劑下的快速冷凍保存，具有與商用二甲基亞砜同等的保存效果，并且保存樣品可以在體內(nèi)連續(xù)存活多天并且保持正常的增長增殖，表明該種保存方式的可靠性與穩(wěn)定性，有望為后續(xù)的細胞治療提供全新的保存方式。
