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usdt无需实名(www.caibao.it):中科国大基于聚合物纳米复合材料实现活细胞深低温冷冻保留获希望

admin2021-02-12104

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原题目:中科国大基于聚合物纳米复合质料实现活细胞深低温冷冻保留获希望

克日,中国科学手艺大学信息科学手艺学院赵刚教授团队先后在国际著名学术期刊Advanced Science揭晓题为“Ice Inhibition for Cryopreservation: Materials, Strategies, and Challenges”和“Synergistic Ice Inhibition Effect Enhances Rapid Freezing Cryopreservation with Low Concentration of Cryoprotectants”的学术论文,通过分子质料设计、工程学计谋和多物理场连系,实现了活细胞深低温冷冻保留历程的协同抑冰,极大提升了活细胞低温保留的效率和质量

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主要的研究意义。有用降低降温冷冻和复温融解历程中冰晶形成造成的损伤,对于活细胞、组织和器官的深低温冷冻保留的成败至关主要,同时其也是有用提升冷冻保留效率与质量的要害所在。

现在国际通用的生物样本深低温冷冻保留方式,主要可以分为慢速冷冻法和玻璃化法两大类。前者在降温冷冻历程中,会有大量冰晶形成,不可制止会对样本造成损伤。后者为了实现样品的玻璃化转变,制止结冰,往往需要到达极快的降温速率或者引入浓度极高的低温保护剂,这就导致:要么在手艺上难以实现或难以推广应用,要么无法制止过高浓度的低温保护剂带来的化学毒性。此外,无论哪一种低温保留方式,纵然平安高效地突破了降温历程中种种瓶颈问题,仍然难以制止复温融解历程可能泛起的再结晶和/或反玻璃化,而复温历程中的冰晶形成对样品的损伤往往是致命的。因此,实现降复温全历程中冰晶的协同抑制至关主要。只有充实抑制细胞冷冻保留全历程中的冰晶损伤,才气使得低温保留手艺从泉源上取得突破,最终为细胞治疗、再生医学、组织工程、生殖医学等诸多领域提供基础手艺支持。

图1. 抑制冰晶而促进低温保留的多种质料和计谋

克日,赵刚教授团队在Advanced Science 期刊上揭晓题为 “Ice Inhibition for Cryopreservation: Materials, Strategies, and Challenges” 的综述论文。从多学科交织融合角度,系统综述了解决低温冷冻保留历程抑冰问题的质料学和工程学计谋,并对相关核心手艺的突破面临的要害科学问题及其挑战进行了前瞻性探讨

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该综述首次从分子质料遴选与设计、工程与结构仿生、多物理场协同调控相连系的角度,全方位、多层次地概述了冰晶抑制的方式和计谋,对现代低温生物学的生长,特别是生命质料的深低温冷冻保留手艺的刷新具有主要的指导意义。

基于此,赵刚教授团队进一步与国家同步辐射实验室宋礼教授团队、国家纳米科学中心王海研究员团队互助,提出了生物样品低温冷冻保留历程冰晶协同抑制新思路,为减小冰晶对细胞的损伤指出了一条全新的研究途径。相关研究结果以题为“Synergistic Ice Inhibition Effect Enhances Rapid Freezing Cryopreservation with Low Concentration of Cryoprotectants”的研究论文形式再次揭晓于Advanced Science期刊。

图2. 基于氢键、吸附抑制以及光热转换效应实现冰晶的协同抑制以提升活细胞深低温冷冻保留效果

研究人员基于水热法乐成将聚乙烯吡咯烷酮与二硒化钨复合,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质料。基于功效质料与外部物理场的协同作用,这种纳米复合质料集成了抑制冰晶的形成、生长以及快速消融的一体化功效,因此可以显著降低细胞低温保留历程的冰晶损伤,极大的提高细胞保留效率。

基于该纳米复合质料的协同冰晶抑制效应,研究结果解释:1)降温历程中纳米质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历程遭受的冰晶损伤。2)基于吸附-抑制效应,发现该种纳米复合质料可以选择性的吸附至冰晶界面处,从而抑制复温历程中的冰晶再结晶;同时基于纳米质料的光热转换效应,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,降低复温历程遭受的低温损伤。3)基于冰晶协同抑制效应,实现了活细胞构建物在低浓度保护剂(2 M)下的快速冷冻保留,具有与商用二甲基亚砜(10%)一致的保留效果,而且保留样品可以在体内延续存活多天而且保持正常的增进增殖,解释该种保留方式的可靠性与稳定性,有望为后续的细胞治疗提供了全新的保留方式。

相关综述,中国科学手艺大学信息科学手艺学院硕士生常铁为第一作者,中国科学手艺大学信息科学手艺学院赵刚教授为通讯作者。 相关研究论文,中国科学手艺大学信息科学手艺学院硕士生常铁和国家同步辐射实验室留学博士生Oyawale Adetunji Moses为配合第一作者;中国科学手艺大学信息科学手艺学院赵刚教授、国家同步辐射实验室宋礼教授和国家纳米科学中心王海研究员为配合通讯作者。本研究获得国家重点研发设计( *** 间国际科技创新互助重点专项)和中国科学手艺大学探索类基金项目的资助。

泉源:中国科大

原文链接:

https://doi.org/10.1002/advs.202002425

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