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      研究表明干燥保存中細胞死亡的物理原因
      
			
      
				2019-01-18 10:58:47
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      在研究活細胞干燥保存的實驗中的一項新發(fā)現(xiàn) - 一種可能具有革命性的冷凍保存替代方案 - 已經(jīng)確定了一個明確的限制，即繼續(xù)脫水可以殺死細胞。這些數(shù)據(jù)與分子動力學(xué)模擬相結(jié)合，可以深入了解最近干燥保存嘗試的重要加工因素。
      

      研究表明干燥保存中細胞死亡的物理原因
      

      “我們所做的是確定了我們的干燥保存方法中的材料限制。我認為這種新的理解提出了一些有趣的途徑來開發(fā)一個成功的過程，”大學(xué)機械工程教授Gloria Elliott說。該研究的作者之一，北卡羅來納州夏洛特分校。
      

      7月8日出版的“ 科學(xué)報告”中報道的這一發(fā)現(xiàn)分析了典型脫水過程中海藻糖(糖)和水分子的分子排列變化，他們將這些變化用于將細胞固定在穩(wěn)定的海藻糖玻璃中進行長期儲存。
      

      細胞的干燥保存是一種具有潛在革命性的生物技術(shù)，與目前需要在極低溫度下進行維護的冷凍保存方法相比，它具有一些關(guān)鍵優(yōu)勢。由于干燥保存可能允許在正常環(huán)境溫度下維持材料，因此干燥保存的細胞將更便于存儲并且更易于運輸，因此可以允許更多的材料堆積并可供使用。
      

      艾略特研究小組正在研究的保存方法包括將細胞懸浮在稀釋的海藻糖溶液中，然后通過溫和的微波輔助加熱過程去除水來濃縮，以便形成海藻糖玻璃，固定生物分子，類似于冷凍。該技術(shù)由自然界中的各種生物提出，例如鹽水蝦和緩動劑(“水熊”)，其響應(yīng)于環(huán)境壓力合成糖并且已知在干燥狀態(tài)下存活多年。
      

      “人們從大自然中研究了這些例子，并發(fā)現(xiàn)它們會產(chǎn)生大量的糖，特別是海藻糖，”Elliott指出。“在過去的幾十年里，我們一直在努力學(xué)習(xí)如何做到這一點，并模仿它來保護哺乳動物細胞。”
      

      目前的研究涉及干燥保存T細胞的嘗試。該方法涉及使用微波能量來加速從細胞質(zhì)中去除水分子，避免海藻糖的結(jié)晶，這會對膜和其他細胞結(jié)構(gòu)造成損害。
      

      “我們正在增加溶液的粘度，降低分子的流動性，而不會引起海藻糖結(jié)晶，”Elliott說。“但這并不意味著分子上沒有任何進展。有一種氫鍵結(jié)合的海藻糖網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，導(dǎo)致類似固體的特性，這有助于提高基質(zhì)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。”
      

      但研究人員發(fā)現(xiàn)，脫水只能持續(xù)到某一點 - 當(dāng)水質(zhì)與其他分子總質(zhì)量的比值接近0.1時，會出現(xiàn)一系列其他效應(yīng)，所有細胞都會開始死亡。
      

      “我們在本文中看到的是，在脫水期間，事情發(fā)生了顯著變化，這是一個相當(dāng)明確的限制，”Elliott指出。“當(dāng)我們嘗試用膜去除有核細胞并保持全細胞功能時 - 我們似乎碰到了一堵墻。我們可以干燥，干燥，干燥以降低水分含量，具有良好的生存能力，然后我們達到特定的水分含量，一切都死了這是一個非常迅速的衰退。“
      

      殺死細胞的確切物理過程無法檢測，但研究小組注意到與分子模擬中同一點發(fā)生的過程的相關(guān)性。
      

      “在分子模擬中，你看到海藻糖簇在脫水過程中形成。這里我們看到的是，我們看到我們失去細胞活力的水分含量水平與所有這些小海藻糖簇聚在一起成為海藻糖分子的大網(wǎng)絡(luò)時一致。 ，“ 她說。
      

      “這似乎表明細胞上存在機械力。如果所有分子形成一個網(wǎng)絡(luò)，一個大的簇，那么細胞將被困在那個僵化的網(wǎng)絡(luò)中。”
      

      研究人員假設(shè)，鑒于細胞結(jié)構(gòu)的脆弱性，特別是薄細胞膜，統(tǒng)一海藻糖網(wǎng)絡(luò)突然轉(zhuǎn)變?yōu)閯傂詫毎赡苁侵旅摹?ldquo;當(dāng)最終聚集事件發(fā)生時，我們可能正在擠壓細胞或機械剪切它們，”Elliott說。
      

      “這為干燥保存期間細胞損傷的性質(zhì)提供了一個新的工作假設(shè) - 在細胞干燥過程中，存在一個臨界水分含量，糖分子網(wǎng)絡(luò)會僵硬，并可能對細胞造成物理傷害，”她說。“這是我們可以測試的一個假設(shè)，如果網(wǎng)絡(luò)的剛性是問題，我們可以采取一些有趣的方法來解決問題。”
      
			

			
        
      
			
      
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