俄勒岡州立大學的研究人員邁出了重要的一步，朝著更方便，更便宜的方式保護哺乳動物細胞進行體外受精，物種保護，細胞治療和其他目的。
該方法是干燥 - 從細胞中除去水 - 并且顯示出作為通過液氮冷凍保存的替代方案的希望。 液氮的沸點為零下320華氏度，而干燥的細胞可能存儲在傳統(tǒng)的冰柜或冰箱中。
“在液氮中儲存成本相對較高，運輸過程中對低溫的要求也不方便，”俄勒岡州立大學生物工程學副教授Adam Higgins說。使細胞穩(wěn)定以便以干燥狀態(tài)儲存需要除去足夠的水，使剩余的基質(zhì)形成非結(jié)晶的玻璃狀固體。
“干燥解決方案*重要的性能特征是它能夠形成這種玻璃，”希金斯說。“這就是將分子結(jié)構(gòu)鎖定到位并防止降解化學反應的原因。因此，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 - 玻璃狀固體形成的點 - 是設(shè)計細胞干燥程序的關(guān)鍵參數(shù)。這個溫度*終決定了生物樣本的適當儲存溫度。“
希金斯與俄勒岡州立大學工程學院以及奧古斯塔大學和維拉諾瓦大學的合作者一起研究各種可能的干燥介質(zhì)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以及水分含量如何影響溫度。
“我們的目的是朝著了解這些混合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度邁出一步，我們肯定會這樣做，”他說。他們研究了糖和聚合物的水溶液，以及可以滲透細胞膜并用于冷凍保存的化合物：乙二醇，丙二醇和二甲基亞砜，或DMSO。
研究人員將溶液干燥至不同的水分含量，然后使用差示掃描量熱法測量玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。“復雜的多組分解決方案的玻璃化轉(zhuǎn)變數(shù)據(jù)相對稀缺，”希金斯說。“但正如我們所料，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨著含水量的降低而增加。”
例如，在磷酸鹽緩沖鹽水中含有0.1摩爾濃度海藻糖的培養(yǎng)基中，溫度范圍從*干燥樣品的約360度開爾文到約220開爾文溫度。水質(zhì)量分數(shù)為0.4。零度開爾文是零度，等于零下273.15攝氏度。
“向溶液中加入聚合物可提高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，”他說。“添加滲透性冷凍保護劑會減少它。”
一般來說，研究人員發(fā)現(xiàn)他們使用的聚合物 - 聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和Ficoll - 具有穩(wěn)定作用;將它們加入含有海藻糖和磷酸鹽緩沖鹽水的干燥培養(yǎng)基中可在任何水分含量下顯著提高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
向混合物中加入DMSO，乙二醇或丙二醇以依賴于濃度的方式降低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。“為了在干燥狀態(tài)下穩(wěn)定儲存，人們認為玻璃化轉(zhuǎn)變溫度應該比儲存溫度高50度左右，”希金斯說。“因此，在磷酸鹽緩沖鹽水中含有0.1摩爾濃度的海藻糖和10%PVP的干燥溶液需要干燥至約5%的水質(zhì)量分數(shù)，以便在室溫下穩(wěn)定儲存。為了儲存在冰箱中，干燥至約9%的水含量就足夠了。添加膜透性冷凍保護劑可以保護細胞內(nèi)細胞器，但增加必要的干燥程度。
結(jié)果表明，含有0.25摩爾濃度的冷凍保護劑的干燥溶液的室溫儲存是不可行的。但是，這種解決方案似乎有可能在干燥后分別在標準冰箱或冷凍機中達到約3%和6%的水質(zhì)量分數(shù)。
