細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中為什么要“慢凍快融”呢?
細(xì)胞凍存和復(fù)蘇是在細(xì)胞研究和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù),用于長(zhǎng)期保存和重復(fù)使用細(xì)胞。此步驟是細(xì)胞培養(yǎng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),直接影響細(xì)胞存活率和活力,關(guān)系到后續(xù)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)?zāi)芊癜凑沼?jì)劃有效地進(jìn)行。要想做好細(xì)胞凍存和復(fù)蘇,首先請(qǐng)牢記下面這四個(gè)字:慢凍快融!慢凍快融!慢凍快融!重要的事情說(shuō)三遍!
那么細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中為什么要“慢凍快融”呢?
凍存細(xì)胞時(shí),細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境中的水會(huì)形成冰晶。如果直接將細(xì)胞凍存到 -196℃ 的液氮中,由于凍結(jié)過(guò)程中胞外溶液中的水先結(jié)冰,使胞外溶液不斷濃縮,引起細(xì)胞電解質(zhì)升高、滲透壓改變、脫水及蛋白質(zhì)變性等,會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞受到機(jī)械性損傷。
在冷凍保存時(shí),細(xì)胞外環(huán)境中的水會(huì)結(jié)冰。冷卻速度的不同會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞由于滲透脫水而發(fā)生不同程度的收縮。細(xì)胞外環(huán)境的滲透壓隨著水結(jié)成冰晶而不斷升高,冷卻速度越慢,細(xì)胞內(nèi)水分通過(guò)滲透作用移出細(xì)胞的時(shí)間就越長(zhǎng)。因此,非常緩慢的冷卻可能會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞因過(guò)度脫水而死亡 (A)。而快速冷卻 (C) 會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)形成冰晶,這會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞在復(fù)溫時(shí)死亡。中間冷卻速度 (B) 則可以平衡滲透脫水和細(xì)胞內(nèi)結(jié)冰形成的風(fēng)險(xiǎn),通常可以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞存活率的大幅提升。
如果在凍存液中加入保護(hù)劑 (如 sigma 二甲基亞砜,DMSO),可使冰點(diǎn)降低,增加細(xì)胞滲透壓穩(wěn)定性。減緩慢速降溫過(guò)程中的脫水皺縮現(xiàn)象,在緩慢凍結(jié)時(shí)減少冰晶的生成,使細(xì)胞免受損傷[1]。
圖 1. 不同冷卻速度對(duì)細(xì)胞存活率的影響。
而在復(fù)蘇時(shí),需要快速升溫,在 1-2 min 內(nèi)融化并稀釋,這時(shí)細(xì)胞內(nèi)外還來(lái)不及形成較大的冰晶,也不會(huì)使細(xì)胞長(zhǎng)時(shí)間暴露在高濃度的電解質(zhì)溶液中,從而避免細(xì)胞損傷,提高細(xì)胞存活率。
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