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可规模化生产!英国研究人员受抗冻鱼启发,用合成聚合物重建了冰结合蛋白

前瞻网    2021-08-16 19:41

 

低温冷冻一个人,将其身体保存到未来多年的想法一直是科幻小说里面常见的内容。然而,需要可靠地储存生物材料,如细胞或组织,是科学研究和社会日益关注的一个共同问题。

生活在北极和南极冰冷海水中的鱼类,可能为新一代低温保护分子提供灵感,这一点也不奇怪。

这种鱼和其他低温极端微生物产生的蛋白质可以在冰形成时识别并与冰结合,起到防冻剂的作用。冰晶会对身体造成很大的伤害,从导致蛋白质聚集到削弱组织的结构。

可规模化生产!英国研究人员受抗冻鱼启发,用合成聚合物重建了冰结合蛋白

这使得英国华威大学的马修·吉布森(Matthew Gibson)教授尝试用合成聚合物来重建冰结合蛋白的能力。它们的优点是更容易调整,以适应它们的目的,并规模化生产。

他说:“我们可以让它变得更易于调节,因为你确实有成千上万种不同的单体可以用来制作聚合物。”“我们的目标是,如果我们能模拟其中一些特性,利用这些特性来改善或改变我们冷冻细胞的方式。”

在CRYOSTEM项目中,吉布森教授通过将这些聚合物添加到骨髓干细胞样本中,来测试这些聚合物。骨髓干细胞通常在移植时被冷冻。目前的系统包括在冷冻时加入溶剂来保护电池。然而,这并不理想。相当一部分细胞无法存活,而且溶剂本身也会影响它们。

吉布森教授已经能够证明,他的聚合物可以减少低温保存所需的溶剂量,减少对细胞的损害。这种方法也可以帮助生物医学研究,允许科学家在实验室中更可靠地储存和解冻更广泛的细胞。

他现在正在通过ICE PACK项目扩展这项工作,将低温保护剂聚合物应用于生物处理的发展领域。传统药物通常是小分子的,可以做成片剂,在药柜里可以稳定存放几个月。现在,越来越多的现代畅销药物是蛋白质,如治疗关节炎或癌症的抗体,它们需要更仔细地储存。

更精细的是基于细胞的疗法,比如CAR-T细胞,这是一种修饰过的免疫细胞,用于治疗癌症。目前,基于细胞的疗法非常罕见,也非常昂贵,但在未来——它们可能会变得更加普遍。

“它们有一个相当复杂的过程,从捐赠者那里收集,然后需要修改、冷冻和运输。”“你能做的任何事情,以确保他们得到最好的保护,或使冷藏链更容易,都将对患者的结果有很大的影响。”吉布森教授表示。

“细胞内外都可以形成冰。荷兰埃因霍温理工大学的Ilja Voets教授说:“取决于冰在哪里形成,它会破坏细胞结构或细胞外结构——例如,细胞嵌入的细胞外基质。”

冷冻组织样本的挑战是类似冰结合蛋白可以帮助解决的另一个领域。作为PROTECT项目的一部分,Voets教授对心脏细胞和组织的冷冻和解冻特别感兴趣。目前,在实验室研究培养时,只有大约一半的细胞在冷冻后可以使用。在研究组织样本时,这就更加困难了。

“通常情况下,保存条件对一种细胞类型(心脏组织内)是最理想的,但对其他类型或整个组织不是。”这是一个巨大的挑战,但冰冻蛋白类似物并不需要完美地保存组织才能发挥作用。“组织有很强的再生能力。所以在某些情况下,如果损伤不大,那么组织可以自我修复,仍然可以使用。”

编译/前瞻经济学人APP资讯组

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