【科学综述】利用生物技术进行细胞冷冻保存的研究进展 |天津大学张雷教授团队

利用生物技术进行细胞冷冻保存的研究进展文章亮点

这篇综述根据不同的冷冻保护机制，总结了当前生物技术应用于细胞超低温保存领域所取得的最新进展，为进一步发展细胞超低温保存技术提供了思路。

内容简介

1、研究背景

近年来，细胞治疗、组织工程和辅助生殖等基于细胞的新技术已成为解决现代医学难题的重要手段。超低温冷冻保存是当前长期保存细胞的可靠方法。细胞在冻存降温-复温过程中会受到冰晶损伤和渗透压损伤，因此需要冻存保护剂的保护才能使细胞成功复苏。但是传统冻存保护剂DMSO、甘油等对细胞具有毒副作用，而且冻存某些类型的细胞效率低下。

2、研究现状

针对这些挑战，将海藻糖递送、水凝胶包埋、细胞打印和纳米复温等最新生物技术手段融入细胞冻存，显著提升了细胞复苏后的存活率，降低甚至避免了冻存保护剂的毒副作用，促进了细胞冻存技术的发展，为基于细胞的医学应用提供了有力的保障。

3、发展趋势

生物技术的进一步发展和应用会开启细胞超低温保存技术的新纪元，促进细胞医学快速发展，使诸多患者受益。

图文导读

图1. A 细胞冻存过程中的两种重要的损伤机制. B 不同的生物技术应用于细胞冻存的保护机制。

1、海藻糖递送技术

利用物理或化学方法将天然非细胞渗透性海藻糖递送入细胞提供胞内冻存保护，避免了二甲基亚砜（DMSO）等有毒有机试剂的使用，实现了红细胞、间充质干细胞等治疗性细胞的高效冻存。

表1. 胞内递送海藻糖促进细胞冻存技术的发展

2、水凝胶包埋技术

利用高分子网络包埋细胞抑制胞外冰晶形成促进冷冻保护，并显著降低DMSO的使用量。

图2. 水凝胶包埋细胞促进细胞冻存技术的发展

3、细胞打印技术

通过缩小冻存样本体积，极大的提升了细胞冷冻和复温传热速率，从而提高了细胞冻存效率并降低了传统冻存保护剂的用量。

图3. 细胞打印技术促进细胞冻存技术的发展

4、纳米复温技术

利用纳米材料的磁-热或光热性质，将外界电磁能或者光能迅速转变为热能用于升温复苏细胞，升温速率快且样本受热均匀，避免了冰晶再生长或去玻璃化过程对细胞造成损伤。

图4.  纳米复温技术促进细胞冻存技术的发展

通讯作者

张雷 教授

天津大学化工学院教授、博士生导师、生物化工系主任。入选“国家级海外人才计划”、国家自然科学基金委“优秀青年科学基金”、教育部“新世纪优秀人才支撑计划”、天津市“中青年科技创新领军人才”、“侯德榜化工青年奖”、“天津首届青年创新能手”等，担任《中国化工学报（英文版）》编委。一直致力于新型生物相容性材料、细胞保存、海洋涂料、抗菌材料等领域的研究。

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