【摘 要】
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冷冻保存是将细胞、组织或器官等生物样品置于超低温环境中,使其代谢速率大大降低甚至停止,以达到长期存储的目的 ,并能在解冻后恢复其生理功能的科学与技术.冷冻保存是当前
【机 构】
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中国科学院化学研究所 北京100190;中国科学院大学 北京101407;中国科学院化学研究所 北京100190
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冷冻保存是将细胞、组织或器官等生物样品置于超低温环境中,使其代谢速率大大降低甚至停止,以达到长期存储的目的 ,并能在解冻后恢复其生理功能的科学与技术.冷冻保存是当前实现生物样品长期存储的唯一有效手段,是细胞治疗、再生医学以及器官移植等先进医疗技术充分发展的关键瓶颈之一.然而,由于细胞、组织中的含水量可高达70％～90％,在不添加冷冻保护剂的情况下,降温及复苏过程中伴随的冰晶损伤、渗透压失衡及溶质过度积累等必然会导致冻存失败.传统冷冻保存策略通过大量使用二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide,DMSO)等能与水形成氢键的有机小分子置换出部分胞内水分,有效避免了胞内形成大冰晶及溶质过度积累等不利因素,使细胞得以成功冻存.然而,该类小分子已被证实破坏蛋白质结构、胞间连接,并且具有表观遗传毒性;同时,传统的冻存策略很难用于组织器官冻存.因此冷冻保存科学与技术急需冷冻保护材料(剂)的创新,以摒弃有毒小分子的大量使用,实现细胞、组织及器官的安全高效冻存.控冰蛋白是在极寒地区生物体内发现的一类高效冰晶成核与生长控制剂,可以保护生物不受冰冻损伤.揭示控冰蛋白作用机制将为仿生构筑高效控冰材料,开发新型控冰冷冻保存剂提供全新的思路.本综述将简单回顾冷冻保存的发展历史,评述传统冷冻保存策略的优缺点;从新型仿生控冰冷冻保护剂的研究出发,重点阐述近几十年来控冰蛋白控冰机制的研究进展、仿生控冰材料的创制及其在冷冻保存中的应用;最后将进一步展望仿生控冰冻存材料未来的发展方向.
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