低温保存是将细胞、组织、器官以及其他生命资源置于低温环境之下（通常为-196 ℃液氮环境），在此条件下生物体体内的各种生化反应将会减弱甚至暂停，因此低温保存作为众多生命资源必不可少的储存方式，在细胞治疗、生物样本库建立、再生医学等众多领域发挥着不可替代的作用。目前国际上通用的生物样品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。对于前者而言，在降温冷冻过程中，会有大量冰晶形成，不可避免会对样品造成损伤。对于后者而言，为了实现样品的玻璃化转变，往往需要达到极快的降温速率或者引入浓度非常高的低温保护剂，这就导致：要么在技术上难以实现或难以推广应用，要么无法避免过高浓度的低温保护剂带来的化学毒性。此外，无论哪一种低温保存方法，即使安全高效地突破了降温过程中各种瓶颈问题，仍然难以避免复温融解过程可能出现的再结晶和/或反玻璃化，而这类复温过程中的冰晶形成现象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。只有充分抑制细胞冷冻保存全过程中的冰晶损伤，才能使得低温保存技术从根源上取得突破，最终为药物治疗、再生医学、组织工程等诸多领域提供基础技术支撑。
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促进细胞深低温冷冻保存
针对当前限制低温保存效率与质量的冰晶损伤难题，中国科学技术大学信息科学技术学院赵刚课题组、中国科学技术大学同步辐射实验室宋礼课题组和国家纳米科学中心王海研究员课题组合作，基于水热法成功将聚乙烯吡咯烷酮与二硒化钨复合，首次提出了对生物样品在低温冷冻保存过程中的冰晶协同抑制的新思路，该纳米复合材料可以在降复温整个过程对冰晶进行抑制，最终实现了活细胞构建物在低浓度保护剂（2 M）下的快速冷冻保存，具有与商用二甲基亚砜（10%）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了全新的保存方式。相关论文在线发表于《Advanced Science》（DOI: 10.1002/advs.202003387）期刊上。
研究人基于功能材料与外部物理场的协同作用，集成了抑制冰晶的形成、生长以及快速消融的一体化功能，为减小冰晶对细胞的损伤，提升生命资源的低温冷冻保存提供了一条全新的研究途径，有望极大促进基于低温保存技术的众多生物医学领域发展。
中国科学技术大学低温生物医学工程实验室硕士生常铁和国家同步辐射实验室留学博士生Oyawale Adetunji Moses为该文章的共同第一作者；中国科学技术大学低温生物医学工程实验室赵刚教授、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该文章的共同通讯作者。
作者：Tie Chang#, Oyawale Adetunji Moses#, ConghuiTian, Hai Wang*, Li Song*, Gang Zhao*
题目：
Synergistic Ice Inhibition Effect Enhances Rapid Freezing Cryopreservationwith Low Concentration of Cryoprotectants
来源：高分子科学前沿
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