玻璃化保存！揭开低温生物医学的神秘面纱
发布时间：
2024-08-16
近年来，玻璃化保存技术迅速发展，助推着低温生物医学的探索和进步。尤其是在辅助生殖领域，已得到广泛应用。
什么是玻璃化冻存？
玻璃化保存技术是超低温冷藏领域的前沿科技，利用高浓度抗冷凝配方及特定工艺，使保存目标变成无冰晶的高度黏稠固体，避免冰晶的机械损伤和渗透压损伤，从而实现近乎无限期的生物活性保存，适用于细胞、组织、器官和人体的冷藏。
玻璃化是液态物质在一定降温速率下直接转变为玻璃态固体的过程，无晶体结构生成，保持了液相分子和离子的分布。液体黏滞系数、降温速率及液体总体积决定了液体的固化状态。通过足够快的降温速度，任何液体均可进入玻璃态，保障了良好的结构和化学稳定性，具有操作简便、储存稳定、复苏率高等优势。
研究历程
1937年，Luyet首次提出玻璃化生物保存的概念。他认为，生命可归结于“原子和其他一些生命单元的专门而异常的排列”，并且“轻微的排列位置的扰动就会破坏平衡从而导致死亡”，而结冰时的驱动力会破坏这种特殊的“排列”，这就是冰冻死亡的原因。玻璃化比冻结固化方法引起的结构变化要小，因而是一种较理想的低温保存途径。
1978年，Skaer和Franks等提出在骤冷条件下可使细胞外实现玻璃化。同时，Boutron和Kaufmann研究表明，若在缓慢冷却或加热速率下保持溶液非晶态，所有细胞均可得到保护。
1981年，Fahy首先明确地提出，用高浓度的低温保护剂溶液,可在较慢的冷却速率以及高压条件下实现完全的玻璃化。以后又发展了一些所谓“玻璃化溶液”，使细胞、组织乃至器官等范围广泛的生物系统玻璃化低温保存成为可能。
1985年，Rall和Fahy用这种玻璃化溶液使鼠胚胎玻璃化保存获得成功，是这种技术走向实用化的首次真正突破。
80年代中期，用高浓度抗冻液玻璃化低温保存老鼠胚胎获得了成功。截至目前玻璃化冷冻是胚胎冷冻保存中最高效的技术之一。
玻璃化保存的应用
随着理学和工程学的进入，低温工程理论及实用设计原理的不断更新，低温生物学的研究快速发展。玻璃化冻存技术逐渐被广泛应用于各种生
物材料的保存，如细胞、组织甚至整个器官。2022年，明尼苏达大学的研究团队成功完成了玻璃化纳米温热大鼠肾脏的移植手术，这一突破展示了玻璃化冻存技术在未来器官移植领域的巨大潜力。1998年，玻璃化冷冻技术正式被应用于人体低温保存项目，在大尺度完整生命体的低温保存及复温技术研究方面表现出巨大潜力。
在新药开发和疾病模型研究中，玻璃化保存技术用于长期保存人类细胞培养的组织或器官，提高了模拟真实人体环境的准确性。随着组织工程和器官再生技术的发展，玻璃化保存技术为长期保存脱细胞器官支架提供了可能。
尽管取得显著进展，但玻璃化保存技术在复杂组织器官的长期保存方面仍面临挑战。未来研究需优化保护剂配方和工艺，探索更高效的冷冻和解冻方法。此外，玻璃化保存技术将在组织工程和再生医学中发挥更重要作用。
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