Диметилсульфоксид (ДМСО) является наиболее часто используемым проникающим криопротектором в криоконсервации клеток, играя незаменимую и критически важную роль в низкотемпературном хранении клеток.
Основные механизмы действия:
1. Предотвращение образования кристаллов льда (основная функция)
Ключевой принцип: внутриклеточные кристаллы льда могут повреждать клеточные мембраны и органеллы, приводя к гибели клеток. ДМСО защищает клетки, понижая точку замерзания и уменьшая образование кристаллов льда.
(1) Понижение точки замерзания: ДМСОбыстро проникает через клеточную мембрану, связывается с молекулами воды и понижает точку замерзания внутриклеточного раствора.
(2) Ингибирование кристаллов льда: он уменьшает образование кристаллов льда во время замораживания, предотвращая повреждение клеточных мембран и органелл острыми кристаллами.
(3) Витрефикация: он способствует образованию стеклообразного состояния (некристаллического твёрдого состояния) воды при низких температурах, тем самым смягчая физическое повреждение.
2. Поддержание осмотического баланса
(1) Замена воды: ДМСОчастично заменяет внутриклеточную воду, уменьшая резкие изменения объёма, вызванные обезвоживанием клеток при замораживании.
(2) Буферизация осмотического давления: действует синергически с другими компонентами среды (например, фетальной бычьей сывороткой), смягчая осмотический шок в процессе замораживания-оттаивания.
(3) Предотвращение сжатия/набухания: предотвращает сжатие или набухание клеток и их разрыв из-за осмотического дисбаланса.
3. Защита клеточных мембран и белковых структур
(1) Стабилизация клеточных мембран: взаимодействует с липидами мембраны, образуя стабильную структуру липидного бислоя, предотвращая разрыв мембраны, вызванный снижением текучести при низких температурах.
(2) Предотвращение денатурации белков: уменьшает денатурацию белков, вызванную повышением концентрации электролитов и изменением pH во время замораживания.
(3) Антиоксидантный эффект: обладает антиоксидантными свойствами, поглощая или уменьшая количество активных форм кислорода (АФК), образующихся в процессе замораживания.
4. Повышение внутриклеточной концентрации ионов
(1) Повышение вязкости: увеличивает вязкость внутриклеточного раствора, снижая подвижность молекул воды.
(2) Замедление процесса замораживания: оно замедляет процесс замораживания, давая клеткам больше времени для адаптации к низкотемпературной среде.
(3) Снижение повреждений: оно минимизирует образование внутриклеточных кристаллов льда, тем самым уменьшая повреждение клеток.
