活细胞深低温冷冻保存中的 协同抑冰首次实现

记者2月19日从中国科学技术大学获悉，该校信息科学技术学院赵刚教授团队通过分子材料设计、工程学策略和多物理场结合，实现了活细胞深低温冷冻保存过程的协同抑冰，极大提升了活细胞低温保存的效率和质量。研究成果日前发表在国际著名学术期刊《科学进展》上。

冰晶的形成、生长以及去除，在航空航天、大气科学、低温生物医学等诸多领域均具有重要的研究意义。目前国际通用的生物样本深低温冷冻保存方法，主要可以分为慢速冷冻法和玻璃化法两大类。然而，无论哪一种低温保存方法都难以避免复温融解过程可能出现的再结晶和反玻璃化，而复温过程中的冰晶形成对样品的损伤往往是致命的。因此，实现降复温全过程中冰晶的协同抑制至关重要。

赵刚教授团队首次从分子材料遴选与设计、工程与结构仿生、多物理场协同调控相结合的角度，全方位、多层次地提出了冰晶抑制的方法和策略。研究人员基于水热法，通过调控合成参数，制备出纳米片和纳米花形态的纳米复合材料。纳米复合材料集成了抑制冰晶的形成、生长以及快速消融的一体化功能，因此可以显著降低细胞低温保存过程的冰晶损伤，极大地提高细胞保存效率。

研究结果表明：降温过程中纳米材料具有可以调控冰晶成核的作用，显著降低溶液过冷度，从而可以显著降低样品在降温过程遭受的冰晶损伤。其次，纳米复合材料可以选择性地吸附至冰晶界面处，从而抑制复温过程中的冰晶再结晶，同时可以实现冰晶的快速消融，促使生物样品快速穿过危险温区，降低复温过程遭受的低温损伤。

此外，基于冰晶协同抑制效应，本次研究还实现了活细胞构建物在低浓度保护剂下的快速冷冻保存，具有与商用二甲基亚砜同等的保存效果，并且保存样品可以在体内连续存活多天并且保持正常的增长增殖，表明该种保存方式的可靠性与稳定性，有望为后续的细胞治疗提供全新的保存方式。