不需溶劑的紅血球冷凍保存方法

不需溶劑的紅血球冷凍保存方法
高瞻計畫特約編譯 林如雲/德州大學分子生物科學研究所馬千惠 責任編輯

編譯來源： Solvent-Free, Ice-Free, Vital! 

科技日新月異，各項發明與發現不斷的出現，影響了世人的生活、生存與生命。例如行動裝置的發明影響了全球人類的通訊方式，人們的學習方式。核能的發明便利了人們的生活，也造成毀滅性的影響。而醫學的創新和精進，讓醫療的方法與工具更精密，使人可以更健康長壽。

醫學科技並非一觸可及，許多科學研究也常陷入瓶頸，例如全血的保存因冷凍技術而無法突破。長期保存醫學樣本必須以低溫冷凍方式，但是冷凍和解凍過程會對活細胞造成很大的損傷，對後續的應用有不良的影響。 為了防止在冷凍過程中因冰凍造成樣本的損傷，讓醫學樣本能夠被長期保存，通常會加入抗凍化合物來模擬水環境，並取代細胞內的水分子。水混溶有機溶劑，糖蛋白和人造澱粉等化合物都已普遍運用於此目的上，然而仍然有生物相容性的問題，而且要將溶劑從細胞中完全分離依然有難度，影響到醫學樣本後續的運用，但是科學家們並未放棄，一直在尋求方法，希望有所突破。

為了尋求替代品，英國科學家提出一個令人關注的解決方案 ─ 人造的嵌段共聚物水凝膠（Block copolymer hydrogel），不僅有利於紅血球的冷凍保存，更可以用來作為複雜的組織工程的合適基質。

華威大學的馬修‧吉布森和丹尼爾‧米契爾與雪菲爾大學的史蒂芬‧艾姆斯和約瑟夫‧洛維特合作合成了一種人造的嵌段共聚物水凝膠，若將該物質與抑制冰形成的聚合物一起使用，便是一種極佳的冷凍保存劑 (Cryoprotecting Agents) ，且該物質也可以作為培養細胞的水性膠基質和進一步改造解凍的細胞。這種突破對醫學樣本的後續應用，甚至其他的醫學工程有劃世紀的影響。

這影響人類醫學工程的嵌段共聚物水凝膠，在溫暖的狀態（攝氏20度）中會呈現奈米大小的蠕蟲形狀且可獨立存在的水凝膠；在冷卻到低於攝12度的溫度，水凝膠會經歷一種可逆的變化，由蠕蟲狀轉變成球狀。科學家說，在蠕蟲狀水凝膠的狀態，可形成組織工程需要的合適基質，而在球形狀態該水凝膠則化為液體，可經由過濾方式使細胞和組織維持無菌狀態。嵌段共聚物水凝膠最重要的特性是冷凍保護的作用。科學家們表示蠕蟲狀的嵌段共聚物水凝膠形成圍繞細胞的水合基質，可以取代水。雖說單獨存在時不能保護細胞，但若與具生物相容性且可抑制結冰的聚合物結合，讓細胞恢復到原狀仍是極有可能的。這是首次以完全人工合成的物質應用在有效地冷凍細胞， 未來可以進一步改良並應用在全血的保存以及組織工程應用上。

參考資料

1. Solvent-Free, Ice-Free, Vital!  ChemViews 2016.1.29

2. Combining Biomimetic Block Copolymer Worms with an Ice-Inhibiting Polymer for the Solvent-Free Cryopreservation of Red Blood Cells,  Angew. Chem. Int. Ed. 2016.