冰保存细胞的损害

细胞疗法有望对癌症和自身免疫性疾病的治疗。但是这数十亿美元的行业需要长期储存的细胞在凉爽的低温条件下,同时确保他们会继续在解冻功能。然而,这些低温引发冰的形成和增长,皮尔斯和分裂细胞。研究发表在《美国化学学会杂志》上犹他州大学的化学家Pavithra Naullage和瓦Molinero提供了基础设计高效的聚合物,可以防止冰损害细胞的生长。

大自然的防冻剂

当前策略同行细胞和器官包括洗澡用大量的二甲亚砜,是一种有毒的化学物质混乱成冰作用但强调细胞,减少他们的生存几率。

自然,然而,已经找到了一种方法来保持生物活在极度寒冷的条件下:抗冻蛋白。鱼、昆虫和其他冷血生物进化的抗冻糖蛋白结合冰微晶和停止生长,破坏细胞。

细胞疗法的要求日益增长的地区的发展强有力的抑制剂的冰再结晶,可以参加活动与自然抗冻糖蛋白但没有二甲亚砜的成本和毒性。这种需求推动聚合物的合成,模拟抗冻糖蛋白的作用。但是最有效的合成冰再结晶抑制剂发现迄今为止,聚乙烯醇(PVA),是强有力的数量级低于天然糖蛋白。

“努力识别强抑制剂冰增长似乎停滞不前,因为还没有在分子水平上了解的因素限制了冰的再结晶的抑制效率聚合物,“Molinero说。

一个隐藏的聚合物设计变量

分子如何防止冰晶越来越大?强烈分子结合的冰针表面——就像石头一个枕头,使分子周围的冰前开发一个曲面。这曲率造成冰晶,停止增长。分子绑定到冰停留时间长于冰晶生长的时间成功地阻止进一步的增长和再结晶。

Molinero和Naullage大规模使用分子模拟来阐明分子基础的灵活性,长度和功能化聚合物控制绑定到冰和效率,防止冰增长。他们的研究表明,在冰表面分子的绑定时间由强度控制的冰绑定加上聚合物的长度和他们在冰面传播速度。

“我们发现效率的柔性聚合物在阻止冰增长缓慢的传播是有限的绑定到冰,“Molinero说。

研究剖析各种因素,控制灵活的绑定聚合物冰,占PVA和自然的力量的差距抗冻糖蛋白。简而言之,每一块的抗冻糖蛋白结合冰比PVA、更强,也深受他们的二级分子结构,将绑定和非约束性块让他们把冰停止增长更快。

“据我们所知,这是第一个身份绑定作为一个关键变量的传播时间有效ice-binding灵活设计的聚合物,“Naullage说。新创的“我们的研究奠定了基础的设计灵活的聚合物,能满足甚至超越抗冻糖蛋白的效率和在生物医学研究产生影响。”

参考

Naullage Molinero。(2020)冰绑定传播缓慢限制了PVA的Ice-Recrystallization抑制效率和其他灵活的聚合物。美国化学学会杂志》上。DOI: https://doi.org/10.1021/jacs.9b12943

本文从以下转载材料。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。