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=安全冻结= 从基本的物理和化学规律,可以推导出长时间储存动物细胞,通常需要-120℃,当然-196℃更好,在这样的温度下,一切化学进程都几乎完全停滞,除非储存时间以地质时间为标尺,此时惟一的伤害来自于高能射线,但这通常需要数百年的时间才会具有真正的威胁。数十年的研究,科学家发现,冻结和复苏动物细胞时,存在一个明显的危险温区,0~-60℃,损伤主要发生在这个温区。如何度过这个危险温区安全抵达-120℃,就是研究的重点,先让我们看看在冻结动物细胞时,可能发生的事情。 细胞的冻结,通常是从-5℃开始,这是因为细胞内外的液体都是盐溶液。当细胞内外的液体进入过冷态后,细胞外液率先结冰,这些冰基本上由不含盐分的水构成。如果降温过快,这些冰就可能突破细胞膜进入细胞,或者细胞内液也迅速开始结冰,这些快速生长的冰晶几乎一定会导致细胞膜发生严重损伤,复苏的希望就此终结。那么抗寒生物的能力从何而来?答案是甘油类抗冻物质的合成。 甘油溶液的冰点很低,当细胞外液开始结冰后,胞内液的温度还在冰点之上。而伴随着结冰的过程,外液的盐浓度开始上升,在渗透作用的影响下,细胞开始脱水,速度因细胞膜等因素的不同而有所差异。细胞体积收缩,一方面可以规避胞外的冰晶,一方面还可进一步降低胞内的冰点。所以,这些抗冻生物的细胞在自然环境的低温下,大多并没有被真正冰冻,这就有效了防止了冰晶的损伤。而这些抗冻物质的存在,还可防止细胞过度脱水收缩带来的损伤,同时使得有害物质的浓度不会上升得太高,减缓了可能的化学伤害。 但要想在数年甚至更长的时间内保存细胞,零下数十度的温度是太高了,不冻结住胞内的液体,化学损伤就无法真正避免。而冻结胞内液体的时机选择就是关键中的关键,如果一直低速降温,那么细胞就可能过度收缩,同时高浓度的胞内溶液将直接损伤细胞。所以,我们需要当细胞收缩恰到好处之时,急速降温冻结住胞内液体。而研究显示,不同的细胞,安全冻结的降温以及复苏的过程差异很大。这就是为什么,直到今天为止,器官移植中“浪费”现象非常严重,一个器官由太多不同类型的细胞构成,要长时间的安全冻存,今天的科技还无法做到。当然对低温生物学的研究,已经大幅度地延长了器官的保存时间,比如肾脏,从前离体后,必须在6小时内移植,而通过低温抗冻液体灌流术,已经可以延长到72小时,但这点时间依然太短。许多志愿捐献的器官,在突发事件发生后,根本来不及移植给任何人,就彻底地死亡。这是不是意味着,类似冬眠机这样的东西永远都只能属于科学幻想呢?低温生物学的新发现,也许可以帮助我们开辟另一条安全冻结之路。
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