新的见解可以促进改善化学Cryoprotection技术的发展
冷冻细胞甚至整个器官的能力在不损害,称为cryoprotection,是相当感兴趣的医生,科学家们尝试用化学物质叫做polyampholytes冷冻保护剂。在最近发表的一篇文章通讯材料现在,一组日本科学家描述了polyampholytes采取行动使cryoprotection机制。他们的见解可能开发改进化学cryoprotection技术援助努力。
低温贮藏包括保护生物材料,如细胞、组织和器官,在极低的温度下,这样他们可以恢复和使用它在稍后的日期。实现低温贮藏保存材料不受损,科学家们使用各种化学物质称为冷冻保护剂,它促进冷冻过程。不幸的是,许多现有的防冷冻的代理有重大限制。例如,二甲亚砜为同行红细胞是有用的,但它也有毒的细胞。
为了克服这些限制,日本先进的科学和技术研究所的研究人员(JAIST)和日本RIKEN尝试了一个类的化学物质称为polyampholytes,识别一个名为羧酸盐的polyampholyteε-poly——ʟ赖氨酸(COOH-PLL)作为一个有前途的冷冻保护剂,没有对细胞的毒性。
然而,COOH-PLL作为冷冻保护剂的机理仍然知之甚少,这阻碍了发展更好的polyampholyte冷冻保护剂的努力。为了解决这个知识差距,这个研究小组,这是由JAIST Kazuaki Matsumura教授,包括Asst.教授罗宾Rajan JAIST和来自Hayashi博士和Toshio长岛来自日本——进行了另一项研究中,他们使用一种称为固态核磁共振(NMR)谱描述水分子会发生什么变化,钠离子和氯离子,COOH-PLL称为锁相环的一种形式——(0.65)混合和冷冻温度时用于低温贮藏。他们的发现发表在最近一期的同行评议的期刊通讯材料。
正如所料,这些冰冻的核磁共振信号记录解决方案显示,分子水平上减少流动性和溶液粘度(即增加。在极低的温度下,增加流动阻力)。重要的是,锁相环(0.65)分子被困水分子和离子的方式阻止细胞内冰晶的形成和反击的影响渗透冲击(一种生理功能障碍的突然改变离子浓度在细胞会导致快速流入或流出的液体或细胞,损害)。细胞内冰晶和渗透压休克在冷冻细胞或组织损伤的主要原因,所以锁相环的能力——(0.65),以防止有助于解释其有效性作为冷冻保护剂。
在描述这些发现的科学价值,Matsumura教授指出,使用核磁共振”使聚合物的防冷冻的性质的表征,通过机制不同于当前的不同。”He predicts that this characterization "will facilitate the molecular design of new cryoprotectants," which will "promote the clinical use of polymeric cryoprotective agents that can serve as efficient alternatives to small molecule agents such as dimethyl sulfoxide and glycerol."
小分子冷冻保护剂只用于保存细胞和小组织,但聚合物冷冻保护剂可能使研究人员能够实现更大的组织的低温贮藏卷甚至整个器官。这将是一个重要的推进再生医学等新兴领域,旨在恢复正常的生理功能,更换或再生细胞,组织和器官。
该小组的研究成果也可能基础生物学的重要意义。近年来,科学家们已经了解到内在无序蛋白质,而缺乏固定的三维形状,一个重要的角色在保护细胞免受损伤相关的在低温干燥和渗透压冲击。polyampholytes因为蛋白质本身就是一个类,这些关于COOH-PLL最近发表研究结果的行为在极低的温度下的机制可能有助于解释内在无序蛋白质保护细胞。进一步研究这种蛋白质的机制可能导致先进材料用于再生医学的发展。
总之,这些研究结果可能为生物学和医学的相当大的价值。“基于我们现在对高分子防冷冻的代理机制的理解,“Matsumura教授指出,“我们希望开发新的低温贮藏技术大量组织和器官,这将允许的工业化实现再生医学工程组织通过建立银行。”These steps towards regenerative medicine will do much to improve the lives of people living with medical disorders that are currently incurable.
参考:Matsumura K, Hayashi F,长岛T, Rajan R, Hyon h。分子机制的细胞冷冻保存与polyampholytes研究固态核磁共振。Commun板牙。2021;2 (1):15。doi: 10.1038 / s43246 - 021 - 00118 - 1
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