Polyproline beskytter cellemonolag mod fryseskader

Naturen har udviklet sukkerarter, aminosyrer, og specielle frostvæskeproteiner som kryobeskyttelsesmidler. Folk bruger organiske opløsningsmidler og syntetiske polymerer som tilsætningsstoffer for at forhindre, at cellekulturer fryser skade. Nu, Engelske forskere har kombineret begge metoder:I arbejde offentliggjort i tidsskriftet Angewandte Chemie , de introducerede polyprolin, et polypeptid fremstillet af den naturlige aminosyre prolin, som et effektivt kryobeskyttelsesmiddel til enkeltlag af celler.

Den levende celle er meget sårbar over for frysning og optøning. Iskrystaller kan fysisk beskadige cellemembraner og organeller, og dehydrering kan ændre det osmotiske potentiale med alvorlig indvirkning på membran- og celleintegritet. På den anden side, cellekulturer opbevares rutinemæssigt i frossen eller forglasset tilstand, indtil de er nødvendige i transplantationsmedicin eller til grundforskning. Til kryokonservering, kryobeskyttelsesmidler såsom dimethylsulfoxid er afgørende, men store mængder er nødvendige, og langt ikke alle celler genvindes efter optøning.

Naturen leverer sine egne kryobeskyttelsesmidler:Organismer i iskoldt havvand producerer frostvæske-glykoproteiner for at forhindre iskrystallisering. Til biomedicinske anvendelser, imidlertid, tilgængeligheden af ​​frostvæske glycoproteiner er ret begrænset; udover, der er altid spørgsmålet om immuntolerance. Syntetiske polymerer har vist sig at kunne efterligne antifrostaktiviteten, men en peptidbaseret "helt naturlig" polymer rygrad ville være mere tiltalende. Denne biobaserede tilgang forfølges af Matthew Gibson og hans team ved University of Warwick, Storbritannien. Forskerne foreslår polyprolin, et polypeptid, der kun er fremstillet af den naturlige aminosyre prolin, som et alsidigt alternativt kryobeskyttelsesmiddel.

Aminosyren prolin er speciel blandt de naturlige aminosyrer, fordi den ikke kan danne hydrogenbindinger til andre strukturelle dele af peptidet, når den integreres i et peptid. "På grund af dette, det er vandopløseligt, mens det er ret hydrofobt, som det er tilfældet for frostvæske protein I, "observerede forskerne. De fandt ud af, at polyprolin deler nogle kritiske overflademønstre med model frostvæskeproteiner. Denne" 'uklare' amfipatiske struktur "af polyprolin, menes at hjælpe med at hæmme iskrystallisation ved optøning. I øvrigt, den frie aminosyre prolin, byggesten af ​​polyprolin, fungerer som et naturligt kryoprotektant i sig selv; planteceller overproducerer prolin for at bevare deres osmotiske balance og beskytte sig mod dehydrering.

Forskerne forsøgte derefter kombinationen prolin/polyprolin i et testsystem af vedhæftende cellekulturer, der blev udsat for fryse -optøningsforhold. Først, cellemonolaget blev inkuberet i en blanding af opløsningsmiddel dimethylsulfoxid og prolin, derefter blev polyprolin tilsat. Cellegenvinding efter frysning blev fordoblet sammenlignet med et regime med dimethylsulfoxid som det eneste kryobeskyttelsesmiddel. Forskerne påpegede, at deres strategi kunne holde solvenseksponeringen på et minimum, og dermed efterlade cellerne i et miljø så naturligt som muligt. Selvom yderligere analyse vil vise, om alle cellefunktioner faktisk bevares, syntetisk polyprolin er blevet præsenteret her som en tiltalende helt naturlig iskrystallisationshæmmer til opbevaring af biologisk cellekultur.