點成分享| 低溫冷凍儲存的技術研究(一)
目前,一般把低溫對生物細胞所造成的損傷分為以下六個方向,分別是冷損傷、冷休克、低溫損傷、滲透損傷、機械損傷及化學損傷。
其中最受學者們關注的就是冷損傷和冷休克。
冷損傷是指生物材料(如細胞)在低於正常溫度條件下所受到的傷害,它與生物本身的特性、實際的低溫溫度以及生物材料在低溫下所處的時間等有關;
冷休克則是指突然的快速降溫對生物材料(如細胞)所造成的損傷,它主要與降溫速率有關,而與具體溫度關係不大,並被認為主要是由於膜脂的相變所致。
雖然現在還不能確定,胞內冰晶是細胞損傷的原因還是結果,但是細胞損傷確實是與胞內冰晶緊密相關的。
1、冷適應細胞冷適應的能力是隨著細胞的不同而存在差異的。實驗表明,在相同的降溫條件下,冷適應能力強的細胞或者組織比冷適應能力弱的,在胞內冰晶發生的概率上要小得多;
2. 胞外環境比如胞外溶液等,與冷適應能力不同,這是可以通過人為方式改變並影響的。
不同的胞外冰晶形狀會產生不同程度的對細胞的機械作用,從而影響胞內冰晶的成核溫度;比如我們之前提到的一些滲透性或非滲透性的冷凍保護劑。但這種保護劑不可過多,因為胞外溶液中的離子濃度的增加會導致跨膜電位的超極化,使得細胞膜不穩定,達到臨界值會進而破壞細胞膜,這就是冷凍保護劑所謂的毒性之一
3. 熱過程改變細胞所經歷的冷凍過程中的若干熱引數,包括降溫速率、終止溫度和保持時間等,這些可以顯著影響胞內冰晶形成概率。降溫速率的快慢,直接決定了胞內冰晶的發生;每個細胞出現胞內冰晶的臨界溫度是不同的,當終止溫度低於這個值時,對於細胞來說是致命的;在快速冷凍前,細胞在胞外冰晶的環境中保持的時間的長短,對於胞內冰晶成核溫度有較大的影響 。時間越長,胞內冰晶的數量也會越多;
4. 細胞間相互作用在冷凍組織的過程中,胞內冰晶形成的概率還受到細胞間相互作用的影響。自1975 年,不斷有科學家證實間隙連線能夠加強細胞間的冰晶傳播。另一方面,即使細胞不存在間隙連線時,仍然存在冰晶傳播,這說明除了間隙連線,還有其他未知的因素。正是這些因素,使得組織冷凍的難度遠比細胞要大,冷凍損傷機理也更為複雜。更不要提到直接冷凍生物個體的難度了,這是成幾何倍數來增長。
其中冷適應跟細胞本身的特性有關外,胞外環境、熱過程、和細胞間的互相運動都屬於人為可控的過程。因此學者們也對低溫冷凍儲存過程中的機理展開了一系列的**。
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