冷冻生物学的原理

细胞冷冻保存的奥秘之旅

在生物学领域里，细胞冷冻保存技术成为了一项至关重要的技术。这项技术的基本步骤涵盖了冷冻保护剂的应用，无论是渗透性的还是非渗透性的化合物。当这些保护剂被引入后，它们需要与细胞内外环境达到平衡状态，以确保细胞的生存能力和长期保存。在这一平衡状态达成之后，细胞需要经历缓慢或快速冷却到种植温度的过程。冰晶形成后，再次逐渐降温至所需的零下温度。在一段时间的融解后，贮存过程中会出现冷冻保护剂从细胞到培养液的逆向稀释现象，使细胞或细胞系统得以恢复到正常的生理环境。

经过几十年的深入研究和无数次的实践尝试，专家们发现，细胞冷冻和融解过程中最为棘手的阶段在于初始冷却阶段的种植过程以及后来的恢复期。为了保持细胞的活力并实现长期保存，大部分的多细胞系统和单细胞都适宜贮存在- 196℃的液氮环境中。实际上，细胞的冷却过程以及其与冷冻保护剂之间的相互作用可以被视为一个冷冻干燥的过程。

当我们谈及渗透性冷冻保护剂时，它们能够渗透细胞膜并置换细胞内的水分。当细胞达到冰晶形成的温度并在冷却过程中结晶时，细胞外环境会随着细胞的全面脱水而结晶，而细胞内则保持未形成冰晶的状态，从而保护细胞内基质不受损害。

冷冻保护液主要分为渗透性和非渗透性两大类。常用的渗透液包括甘油、二甲亚砜（DMSO）和丙二醇等。在临床应用中，非渗透性冷冻保存剂则常以单糖、双糖为主，如葡萄糖和蔗糖等。

我们还得知冷冻保存的基本知识是通过动物卵子和精子以及早、晚期胚胎的试验获得的。在此基础上，已经发展出了应用于人体细胞系统的方法学。人类胚胎通常使用渗透性冷冻保护液进行冷冻保存，而在某些情况下也会同时使用渗透性和非渗透性保护液。值得注意的是，未受精人卵的冷冻和融解技术仍在进一步试验阶段，其方法学尚待完善和创新。

（实习编辑：黄秀杰 倾情奉献）