增压双固体接触超快速冷却改善肝细胞与精密切片的解冻后恢复

为什么冷冻肝组织很重要

在体外保持细胞和组织存活是现代医学背后默默运作的重要工作之一。冷冻的肝细胞可帮助研究人员测试新药、建立疾病模型，并可能在未来修复衰竭器官。但冷冻活体材料很棘手：若冰晶在细胞内部或细胞间形成，便会撕裂脆弱结构。本研究探索了一种新的方法，能以极快且受控的方式冷冻肝细胞和薄肝片，使有害冰晶几乎没有时间形成。

冰和化学保护剂的问题

传统低温保存依赖两种不完美的工具：低温和化学物质。随着样品降温，水分倾向于结冰，可能穿透膜并破坏组织。为应对这一点，科学家加入了低温保护剂（如二甲基亚砜，DMSO），帮助水分以类玻璃状态固化而非结晶成冰。然而，在通常使用的高浓度下，这些保护剂本身可能对细胞有毒，或在进出组织时引起有害的胀缩。作者的目标是减少所需DMSO的用量，同时仍能避免有害冰晶，从而使肝细胞和组织的储存更安全、更可行。

一种同时施压与冷却的新方法

研究团队设计了一种紧凑设备，将装有肝细胞或精密切割肝片的密封扁平铝容器夹在两块极冷的金属块之间。金属块合拢时，会同时完成两件重要的事：在密封容器内产生高压，并从上下两面快速带走样品的热量。高压改变了水的行为，使冰在更低温度下形成，并更易进入玻璃态。双面接触比简单将塑料小瓶投入液氮的做法提供更快且更均匀的冷却速率，而密封容器则将样品隔离，避免污染。

寻找安全与存活的最佳平衡点

为了验证该方法对活体材料是否够温和，研究者先检查了在短时间操作下铝容器本身是否会损伤来自肝脏的HepG2细胞。细胞存活率基本保持不变。然后他们在冷冻前向这些细胞暴露不同浓度的DMSO，确认了一个熟悉的权衡：更多DMSO能更有效抑制冰晶，但在30%时明显有毒，而20%大体上仍可耐受。对于小鼠肝片，他们在不冷冻的情况下测试了组织能承受多少压力。短促脉冲至150兆帕对活力影响很小，但200兆帕会导致约30%的下降，标定了安全操作的上限。

解冻后肝片保存更好

在确定了安全范围后，作者比较了三种肝片冷冻方法：将密封容器浸入液氮（基于对流或流体的做法）、无加压的固体表面冷却，以及在150兆帕高压下的固体表面冷却。所有组均使用20% DMSO。加压方法效果最好：保留了约80%的组织原始活力，优于标准冷冻和单纯固体接触冷却。染色组织切片的显微观察支持这些结果。传统浸没冷冻的样本显示许多开放的白色空洞——冰损伤的典型特征——而加压的固体表面冷却则产生更致密、更完整的组织，空隙明显更少。

这对未来组织库意味着什么

总体而言，研究表明将密封铝盒中的肝片夹在两块超冷块之间并在受控高压下挤压，可以显著改善组织解冻后的存活情况。通过将更快、更均匀的冷却与压力对水行为的改变相结合，该方法在仍使用适中的、临床常见的DMSO浓度下限制了有害冰晶的生长。对非专业读者而言，结论是更聪明的工程设计——我们如何包装和冷却组织——可以与所添加的化学物质同等重要。这种双面加压的方法有望成为朝着更安全、更可靠的肝组织乃至未来其他器官储存迈出的重要一步。

引用: Amini, M., Benson, J.D. Pressure enhanced dual-solid-surface ultra-rapid cooling improves post-thaw recovery in hepatocytes and precision cut liver slices. Sci Rep 16, 5994 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37136-3

关键词: 低温保存, 肝脏组织, 玻璃化, 高压冷却, 无冰冷冻