细胞冻存是将细胞放在低温环境,减少细胞代谢,以便长期储存的一种技术。细胞冻存时采用缓慢降温的主要原因是防止细胞内形成大的冰晶,从而避免对细胞结构造成破坏。具体作用如下方面:
1. 防止冰晶形成:快速降温会导致细胞内外的水分迅速结冰,形成大冰晶,这些大冰晶在融化时会释放出巨大的机械力,刺破细胞膜和细胞器,导致细胞损伤甚至死亡。通过缓慢降温,可以促使细胞内外的水分逐渐结冰,形成小冰晶,减少了对细胞的机械损伤。
2. 减少渗透压变化:缓慢降温有助于细胞内外的水分和溶质均匀分布,减少因温度急剧变化引起的渗透压突变,从而减轻细胞内外环境的剧烈变化对细胞造成的伤害。
3. 保护细胞膜:缓慢降温使得细胞膜有足够的时间适应温度下降,维持其完整性,减少因温度骤变导致的膜损伤。
4. 优化冻存液成分:冻存液中通常含有保护剂如二甲基亚砜(DMSO),这些保护剂能降低细胞内冰点,减少冰晶形成,并且需要在细胞处于低温但未完全冻结的状态下起效,因此需要一个缓慢的降温过程来确保保护剂的作用。
5. 细胞代谢活性:缓慢降温可以减缓细胞代谢活动,使细胞进入一种休眠状态,减少在冻存过程中因代谢产生的损伤。
因此,细胞冻存时的缓慢降温是为了最大程度地减少冰晶形成、保护细胞结构和维持细胞的生存状态,确保细胞在冻存和复苏过程中能够保持较高的存活率和功能活性。