低溫狀態(tài)，細(xì)胞能否存儲(chǔ)，保持活性，有一個(gè)避不開的話題：冰晶。我們技術(shù)團(tuán)隊(duì)很榮幸有機(jī)會(huì)聆聽清華大學(xué)曹海山副教授的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)于細(xì)胞低溫保存玻璃化技術(shù)的講座。
使用玻璃化技術(shù)的生物材料存活率會(huì)更高。在將生物材料冷卻時(shí)，經(jīng)常使用冷凍保護(hù)劑（CPA）。
為了更好地理解玻璃化和結(jié)晶過(guò)程，清華大學(xué)曹海山副教授的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)使用高速顯微鏡、相機(jī)和拉曼光譜儀，報(bào)告了用不同濃度的二甲基亞砜（DMSO）溶液冷凍保護(hù)的洋蔥表皮細(xì)胞的結(jié)晶和玻璃化的動(dòng)態(tài)過(guò)程。
在實(shí)驗(yàn)中使用的低溫顯微鏡系統(tǒng)主要包括一個(gè)生物顯微鏡，配備了一個(gè)冷卻臺(tái)和一個(gè)高速相機(jī)。冷卻臺(tái)的溫度由Linkam控制器調(diào)節(jié)，從-196℃到100℃，精確度為0.01℃。冷卻或升溫的速度可以在0.01℃/min到130℃/min的范圍內(nèi)控制。
研究者用低溫顯微鏡觀察到了冷卻過(guò)程中細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外液的五種結(jié)晶和玻璃化現(xiàn)象。
在冷卻速度為10℃/min至130℃/min的情況下，0-30%DMSO溶液中的細(xì)胞都會(huì)結(jié)晶。對(duì)于浸泡在0-20%DMSO溶液中的細(xì)胞，冰晶首先在觀察區(qū)外的細(xì)胞外空間形成核。冰晶的生長(zhǎng)和傳播到觀察區(qū)，直到該區(qū)結(jié)晶，對(duì)于浸泡在30%DMSO溶液中的細(xì)胞，細(xì)胞內(nèi)冰晶的傳播先于細(xì)胞外冰晶的傳播（圖1A-1B）。
圖1A-1B
單個(gè)細(xì)胞中胞內(nèi)冰晶的形成有三種模式（圖1C），模式一，冰晶的生長(zhǎng)從細(xì)胞一側(cè)的成核點(diǎn)開始，然后向細(xì)胞內(nèi)傳播。模式II，冰晶的生長(zhǎng)從細(xì)胞兩邊的兩個(gè)成核點(diǎn)開始，然后傳播到細(xì)胞的中心。模式III，冰晶的生長(zhǎng)從細(xì)胞內(nèi)的一個(gè)成核點(diǎn)開始，然后傳播到細(xì)胞的邊界。
圖1C
細(xì)胞外結(jié)晶和細(xì)胞內(nèi)玻璃化
以130℃/min的冷卻速度，浸泡在40%DMSO溶液中的細(xì)胞冷卻到-140℃，細(xì)胞內(nèi)的液體被玻璃化。然而，非晶相不是純粹的玻璃狀固體，而是嵌入玻璃狀基質(zhì)的納米/微晶域（圖3）。
細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)的玻璃化作用
在冷卻速度為1℃/min的冷卻過(guò)程中，浸泡在50-70%DMSO溶液中的細(xì)胞的細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外液都轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂屑{米/微晶域的玻璃基質(zhì)（圖4A）。隨著溫度從-50℃降到-140℃，浸泡在50%DMSO溶液中的細(xì)胞，納米/微晶域的晶體面積分?jǐn)?shù)從0%增加到6.6%（圖4B）。當(dāng)細(xì)胞從室溫冷卻到-140℃時(shí)，晶體面積分?jǐn)?shù)從高到低依次是浸泡在50%、70%和60%DMSO溶液中的細(xì)胞。因此，并不是DMSO濃度越高，低溫保存就越有效。
當(dāng)細(xì)胞從室溫冷卻到-140℃時(shí)，隨著冷卻速率的增加，晶體面積分?jǐn)?shù)下降（圖4C）。
上海京工，雖然在細(xì)胞領(lǐng)域研究并不深入，但我們?yōu)榭蛻籼峁┖糜玫囊旱蓿ＷC研究過(guò)程中溫度穩(wěn)定，運(yùn)輸過(guò)程中，也能保證溫度控制，無(wú)論是進(jìn)口杜瓦瓶，還是自增壓液氮罐，我們經(jīng)驗(yàn)豐富，貨期短，價(jià)格美。
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