냉동 보존에서 성격을 모방합니다

동결은 음식, 기관 및 살아있는 유기체의 장기 보존을위한 최고의 기술로 간주됩니다. 온도가 떨어지면 반응이 느려지고 미생물 활성이 최소로 감소됩니다. 보존에 관해서는 선택의 기술이지만, 냉동 보존은 몇 가지 도전을 제기합니다.

물은 살아있는 유기체에서 세포의 가장 흔한 성분이며 온도가 떨어지면 물이 얼음으로 바뀝니다. 살기에 필수적인 동일한 구성 요소는 해로운 것입니다. 동결시, 수 결정화는 대부분의 경우 해동시 방해 할 수없는 방식으로 세포를 방해하여 살아있는 유기체 또는 기관에서 세포 사멸을 초래합니다.

세포 내 얼음 결정의 수와 크기를 제어하기 위해 특정 동결 시간 구배의 사용 또는 동결 보호제의 사용과 같은 이러한 효과를 최소화하기위한 몇 가지 해결책이 있습니다. 보다 복잡한 시스템을위한 솔루션은 동결 보존제를 사용하는 것입니다. 그러나 고농도의 동결 보존제에 대한 필요성은 때때로 독성 문제로 이어질 수 있습니다.

냉동 보존은 고 부가가치 시장이지만 효율적인 솔루션이 부족합니다. 업계 에서이 기술의 구현 예는 주로 해동시 많은 양의 세포 사멸이 허용되는 배아, 정자 및 줄기 세포 저장에 있습니다.

이 문제에 대한 해결책은 자연 자체에서 나옵니다. 시간이 시작된 이래로 인류는 일상적인 문제를위한 새로운 기술, 제품 및 솔루션을 개발하기 위해 자연을 모방 해 왔습니다. 이것은 새롭고 안전하고 더 나은 약물 및 식품 첨가제를 찾는 데있어 제약 및 식품 산업에 특히 해당됩니다. 동일한 원칙을 냉동 보존에 적용 할 수 있습니다. 수백만 년 동안 살아있는 존재들은 극한의 조건에서 살아남을 수있는 메커니즘을 개발함으로써 지구상에서 가장 가혹한 환경에 적응했습니다. 이들 메커니즘의 일부로서, 트레할로스, 포도당, 폴리올 또는 아미노산과 같은 대사 산물이 세포 내에서 생성되는 것으로 관찰되었다.

알래스카 (Nemoura Arctica)의 Stonefly의 경우, 글리세롤은 차가운 순응에서 3 배 증가한 것으로 밝혀졌으며, 2.5 주 동안 -15 ° C를받을 때 생존율이 85%로 이어졌습니다. Tardigades는 극한의 조건, 뜨거운 온도 및 차가운 온도, 높은 식염수 농도 및 이온 방사선에서 살아남을 수 있습니다. 탈수 중에 트레할로스 양이 거의 23 배 증가하고 수화가 시작될 때 수준이 감소하는 것으로 관찰되었다. Somme과 Meier는 -20 ℃에서 거의 600 일 후 수화 된 타르 그라 드의 생존을보고했으며 같은 온도에서 3040 일 동안 탈수 된 타르 그레이드.

또한, 트레할로스, 설탕 및 폴리올은 차가운 저항을 가진 다른 여러 동물에 축적되는 것으로 밝혀졌다. 가을 동안, 트레할로스와 포도당의 축적이 관찰 된 후, 조건이 임계 값 지점 (습도 및 온도)을 겪을 때 폴리올의 대규모 생산이 시작되었다. 봄에, 확인 된 동결 보호 대사 산물은 조직으로부터 실질적으로 제거되었다. 이들 대사 산물과 깊은 공동성 용매 (DES)를 형성하는 성분 사이에는 명확한 상관 관계가 있습니다.

이러한 자연 영감 접근법을 사용하여 NADE (New Natural DES)는 세포의 동결 보존을위한보다 효과적이고 저렴하며 환경 적으로 안전한 시스템을 설계 할 수 있습니다. 유기체의 생화학에서 세 번째 액체상의 역할은 아직 완전히 탐구되지 않았지만, NADE의 존재를 세포에서 가용성 분자를 운반하고 용해시키는 능력과 효소의 활성 및 안정성을 개선하는 능력과 관련된 문헌에는 몇 가지 보고서가 있습니다. Nades는 이들 열악한 수용성 분자의 생체 변형에 중요한 역할을하며, 용질 및 효소 둘 다 가용화 될 수있는 기질을 제공한다.

수용액의 Nades는 물의 결정화 온도를 감소 시키거나 물의 유리화를 통해 물 결정화를 완전히 피할 수 있습니다. 따라서 수성 매체의 Nades는 동결 및 해동 과정에서 더 비싼 독성 동결 보존제의 사용을 피하는 과정 동안 세포의 완전성을 보존 할 수 있습니다. 이 응용 프로그램의 성공은 조직 및 기관을위한 더 저렴하고 효과적인 냉동 보존 시스템의 미래 설계를위한 기회를 열어 줄 것입니다.

이러한 발견은 최근 저널 cryobiology에 발표 된 대체 비 독성 동결 보호제로서 Natural Deep Eutectic Systems라는 제목의 기사에 설명되어있다.  이 작업은 Vânia I.B.에 의해 수행되었습니다. Castro, Joana M. Silva 및 Minho 대학교 및 ICVS/3B의 PT 정부 관련 실험실, Rita Craveiro 및 Alexandre Paiva, Universidade Nova de Lisboa 및 ICVS/3B 정부 관련 실험실의 University의 ANA Rita C. Duarte의 Alexandre Paiva, 그리고 Lisboa.