동결 보호제

Cryoprotectant

저온 보호제는 동파 손상(즉, 얼음 형성에 의한 손상)으로부터 생물학적 조직을 보호하는 데 사용되는 물질입니다.북극과 남극 곤충, 어류, 양서류는 추운 겨울 동안 동파 피해를 최소화하기 위해 체내에 동결방지제(동결방지 화합물 및 부동단백질)를 만든다.저온 보호제는 또한 생물학의 연구에서 살아있는 물질을 보존하고 식품을 보존하기 위해 사용된다.

수년간 글리세롤은 혈액 세포와 황소 정자를 위한 동결 보호제로 저온 생물학에서 사용되어 액체 질소 온도에서 저장을 가능하게 해 왔다.하지만 글리세롤은 전체 장기를 손상으로부터 보호하기 위해 사용될 수 없습니다.대신, 많은 생명공학 회사들이 그러한 용도에 더 적합한 다른 동결 보호제의 개발을 연구하고 있다.성공적인 발견은 결국 이식 가능한 인간 및 이종 생물 장기의 대량 저온 저장(또는 "은행")을 가능하게 할 수 있습니다.그 방향으로의 실질적인 단계가 이미 일어났다.21세기 의학은 자체 유리화 칵테일로 토끼 신장을 -135°C로 유리화시켰습니다.다시 따뜻해지자, 그 신장은 토끼에게 성공적으로 이식되었고, 완전한 기능과 생존력을 가지고, 토끼가 유일하게 기능하는 [1]신장으로서 무한정 지탱할 수 있었다.

메커니즘

저온 보호제는 세포 내 용질 농도를 높여 작동한다.그러나 생물학적으로 생존하기 위해서는 세포에 쉽게 침투해야 하며 세포에 독성이 없어야 한다.

유리 전이 온도

일부 저온 보호제는 용액 또는 물질의 유리 전이 온도를 낮춤으로써 작동합니다.이렇게 함으로써 동결방지제는 실제 동결을 방지하고 유리상에서도 어느 정도의 유연성을 유지할 수 있다.많은 저온 보호제는 물 분자가 치환되면서 생물학적 분자와 수소 결합을 형성함으로써 기능한다.수용액에서 수소 결합은 적절한 단백질과 DNA 기능을 위해 중요하다.따라서 저온 보호제가 물 분자를 대체함에 따라 생물학적 물질은 더 이상 수성 환경에 담그지 않아도 고유의 생리 구조와 기능을 유지합니다.이 보존 전략은 비수체 생물증에 가장 자주 이용된다.

독성

저온 보호제의 혼합물은 단일제 저온 [2]보호제보다 독성이 적고 더 효과적입니다.포름아미드와 DMSO(디메틸 설폭시드), 프로필렌 글리콜 및 콜로이드의 혼합물은 수년 동안 인공적으로 만들어진 모든 냉동 보호제 중 가장 효과적이었다.유리화(즉, 결정 얼음 형성이 없는 응고)에는 동결 보호제 혼합물이 사용되었습니다.유리화는 이식을 위한 배아, 생체 조직 및 장기 보존에 중요한 응용 분야를 가지고 있다.유리화(Vitrification)는 동결 손상을 제거하기 위해 냉동 장치에도 사용됩니다.

종래의

기존 동결보호제는 에틸렌글리콜[citation needed], 프로필렌글리콜 및 글리세롤과 같은 글리콜(적어도 2개의 수산기를 포함하는 알코올)이다.에틸렌 글리콜은 일반적으로 자동차 부동액으로 사용되는 반면 프로필렌 글리콜은 아이스크림의 얼음 형성을 줄이기 위해 사용되어 왔습니다.디메틸설폭시드(DMSO)도 기존 동결보호제로 간주된다.글리세롤과 DMSO는 액체 질소에 차갑게 보존된 정자,[3] 난모세포,[4] 그리고 배아의 얼음 형성을 줄이기 위해 냉동 생물학자들에 의해 수십 년 동안 사용되어 왔다.동물 유전자원의 저온 보존은 기존의 저온 보호제가 미래의 부활을 위해 유전 물질을 저장하는 작업이다.트레할로스는 효모와 곤충이 다량 생산하는 비환원당이다.상업용 시스템에서 저온 보호제로 사용되는 것은 널리 특허를 받았다.

본연의 예

북극 어류는 동결 방지제로 부동 단백질을 사용하며, 때로는 설탕이 첨가되기도 합니다.

곤충들

상세 정보:부동단백질 및 스레톨

곤충들은 대부분 설탕이나 폴리올을 동결 보호제로 사용한다.동결방지제를 사용하는 한 종은 폴리스테스 엑스타만스입니다.이 종에서, 다른 수준의 저온 보호제는 형태학을 [5]구별하기 위해 사용될 수 있다.

양서류

한랭 적응한 북극 개구리와 극지방과 아극지방의 다른 외온동물들은 자연적으로 [6]포도당을 생산하지만, 남방 갈색 나무 개구리와 북극 도롱뇽은 얼음 형성을 줄이기 위해 간에서 글리세롤을 생성한다.

포도당이 북극 개구리에 의해 동결 보호제로 사용될 때, 많은 양의 포도당이 낮은 온도에서 방출되고 특별한 형태의 인슐린은 이 여분의 포도당이 세포로 들어갈 수 있게 해줍니다.개구리가 봄철에 다시 따뜻해지면 여분의 포도당은 빠르게 제거되지만 저장되어야 한다.

식품 보존

냉동 보호제는 또한 음식을 보존하기 위해 사용된다.이러한 화합물은 일반적으로 가격이 저렴하고 독성에 대한 우려를 제기하지 않는 설탕입니다.예를 들어, 많은 (원래) 냉동 닭고기 제품에는 수크로스 및 인산나트륨 용액이 물에 포함되어 있습니다.

흔한

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Fahy GM; Wowk B; Pagotan R; Chang A; et al. (2009). "Physical and biological aspects of renal vitrification". Organogenesis. 5 (3): 167–175. doi:10.4161/org.5.3.9974. PMC 2781097. PMID 20046680.
  2. ^ Best,BP (2015). "Cryoprotectant Toxicity: Facts, Issues, and Questions". Rejuvenation Research. 18 (5): 422–436. doi:10.1089/rej.2014.1656. PMC 4620521. PMID 25826677.
  3. ^ Imrat, P.; Suthanmapinanth, P.; Saikhun, K.; Mahasawangkul, S.; Sostaric, E.; Sombutputorn, P.; Jansittiwate, S.; Thongtip, N.; et al. (February 2013). "Effect of pre-freeze semen quality, extender and cryoprotectant on the post-thaw quality of Asian elephant (Elephas maximus indicus) semen" (PDF). Cryobiology. 66 (1): 52–59. doi:10.1016/j.cryobiol.2012.11.003. hdl:2263/42468. PMID 23168056.
  4. ^ Karlsson, Jens O.M.; Szurek, Edyta A.; Higgins, Adam Z.; Lee, Sang R.; Eroglu, Ali (February 2014). "Optimization of cryoprotectant loading into murine and human oocytes". Cryobiology. 68 (1): 18–28. doi:10.1016/j.cryobiol.2013.11.002. PMC 4036103. PMID 24246951.
  5. ^ J.E. Strassmann; R.E. Lee Jr.; R.R. Rojas & J.G Baust (1984). "Caste and sex differencesin cold-hardiness in the social wasps, Polistes annularis and P. exclamans". Insectes Sociaux. 31 (3): 291–301. doi:10.1007/BF02223613.
  6. ^ Larson, D. J.; Middle, L.; Vu, H.; Zhang, W.; Serianni, A. S.; Duman, J.; Barnes, B. M. (15 April 2014). "Wood frog adaptations to overwintering in Alaska: New limits to freezing tolerance". Journal of Experimental Biology. 217 (12): 2193–2200. doi:10.1242/jeb.101931. PMID 24737762.