冷冻人技术再进一步…韩国团队开发无毒“冷冻保存剂”

Published 20 Feb.2023 11:27(KST)

Updated 20 Feb.2023 13:59(KST)

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GIST开发无毒高复原力冷冻保存剂
有望用于稀有细胞保存和器官移植

韩国国内研究团队提出了实现“韩国版冷冻人”技术的可能性。他们开发出一种在复温时细胞复原能力优异且无毒性的冷冻保存剂，与既有产品截然不同。

光州科学技术院（GIST）20日表示，新材料工学部教授 Lee Eunji 研究团队开发出一种纳米级金属有机骨架体颗粒，该颗粒表面结合了源自抗冻蛋白的肽段，能够在细胞冷冻—复温过程中有效控制结冰现象。研究团队由此掌握了比现有冷冻保存剂具有更优细胞复原能力的保存剂合成源头技术。

研究团队开发的这项技术也被视为有望将所谓“冷冻人”变为现实的源头技术。所谓“冷冻人”，是指将患有不治之症的人在超低温下冷冻保存，待医学高度发达的未来再将其复苏并加以治疗的概念，这一概念长期以来激起了许多渴望延长寿命人群的好奇心。实际上，美国等地已有多家企业将其商业化并提供服务。但也有舆论指出，将细胞在极低温下冷冻后再复温时会发生物理性损伤，难以恢复正常功能；替代体液注入体内的冷冻剂毒性较高等问题，因此怀疑态度占主流。即便未来技术进步，也未必真能“唤醒死者”。

美国Alcor公司的冷冻人体胶囊。[照片=YouTube画面截图]。

研究团队开发出一种纳米颗粒形态的冷冻保存剂，在细胞于极低温下冷冻保存时，比现有化学保存剂表现出更优异的复原能力，即使在高浓度使用时也不显示毒性，并且可实现大规模生产。与传统化学冷冻保存剂二甲基亚砜（DMSO）相比，在使用其极少量（约为二甲基亚砜用量的 1/2200）时，就能获得相当水平的细胞回收率（平均 70%）以及细胞增殖效能（48 小时内增殖 4 倍）。

研究团队表示：“由于具有优异的生物相容性，有望应用于稀有细胞保存、器官移植等多个领域。”并解释称：“细胞冷冻时，为了将冰晶对细胞造成的损伤降至最低，会使用保存液进行保存。随着人们对个体化医疗技术的关注度不断提高，从干细胞、脐带血、生殖细胞、细胞治疗制剂到作为细胞集合体的器官等高附加值生物样本的冷冻保存技术，正越来越受到关注。”

具体来看，二甲基亚砜、磷酸钠、甘油等传统冷冻保存剂在高浓度下具有细胞毒性，会破坏细胞；若反复进行冷冻—复温，还会在细胞复原时损伤细胞膜并引发基因变异，存在此类致命缺陷。

具有高生物相容性和细胞恢复率、可实现大规模生产的纳米级金属有机骨架体冷冻保存剂的驱动原理及适用领域。GIST提供

研究团队关注冰—水界面的不稳定性原理以及冰表面的化学键合位点。他们合成出具有与冰晶晶格相似骨架晶格尺寸、并具备优异生物相容性的锆金属有机骨架纳米颗粒，再通过化学反应将源自抗冻蛋白的肽段结合到纳米颗粒表面，制备出三种尺寸（10/30/250 纳米）的纳米颗粒。

研究团队将所开发的纳米颗粒加入水中，在冷冻—复温过程中观察冰的再结晶现象。结果显示，规则排列在纳米颗粒表面的抗冻蛋白来源肽段，会诱导与冰表面形成牢固的化学键合，从而有效阻止水分子进入；

而尺寸较小的纳米颗粒则通过增大冰—水界面的微观曲率，降低冰点，并极为有效地抑制冰晶的生长。

由冷冻形成的小冰晶在复温时长成更大的冰晶，这一过程被称为冰再结晶。研究团队开发的纳米颗粒能够有效结合在冰晶表面，展现出优异的结冰控制效果，从而在冷冻过程中高效保护细胞，并在复温时使细胞健康复原。

国际知名学术期刊 JACS Au 封面。GIST供图

与传统冷冻保存剂相比，这种纳米颗粒即使在高浓度条件下也表现出良好的生物相容性；即便仅使用极微量（50 微克/毫升），在应用于肾细胞、癌细胞、干细胞等多种细胞系时，也能获得与传统冷冻保存剂相当甚至更高的细胞回收率，以及回收细胞的增殖效能。

Lee 教授表示：“本次研究在确保优异生物相容性的前提下，提出了可实现大规模生产、具有经济性的冷冻纳米保存剂开发可能性，这一点意义重大。尤其是克服了现有化学保存剂的致命缺陷，即使在高浓度下几乎不具毒性，并且只需使用极少量就能获得与传统保存剂相当的效果，因此有望在稀有细胞保存、器官移植等相关生物医学领域产生巨大影响。”