[发明专利]一种基于液态金属纳米颗粒的冷冻保护剂及其方法和应用

说明书

本发明涉及一种基于液态金属纳米颗粒的冷冻保护剂及其方法和应用，包括液态金属纳米颗粒和基础保护剂；所述液态金属纳米颗粒的原材料熔点在60℃以下，所述基础保护剂为乙二醇、丙二醇和海藻糖。所述冷冻保护剂可以在降温的过程中实现玻璃化，复温的过程中在近红外激光的照射下作为空间热源，大大提高升温速率，抑制反玻璃化，减少冰晶的形成，提高冻存后细胞及血管组织的存活率及结构完整性。

技术领域

本发明涉及生物医学领域，特别涉及一种基于液态金属纳米颗粒的冷冻保护剂及其方法和应用。

背景技术

冷冻保存是长期保存有价值的细胞以维持细胞功能特性(如免疫调节能力，分化能力)并达到临床应用所需数量的唯一方法。近来，已经开发了用于冷冻保存的各种方法，包括慢速冷冻和玻璃化。慢速冷冻方法很耗时，通常需要昂贵的程序降温仪器才能达到所需的冷却速度。与慢速冷冻相比，由于玻璃化冷冻法是一种快速降低细胞温度的冷冻模式，避免了慢速冷冻过程中细胞遭受的机械损伤，同时缩短了冷冻处理时间，简化了步骤，并且不需要昂贵的程序降温仪器，玻璃化逐渐成为细胞冷冻保存的趋势，尤其是对于干细胞和生殖细胞而言。然而，现有的冷冻损伤和冷冻保护剂(如二甲基亚砜(DMSO))所引起的不希望的分化风险仍然限制了冷冻保存的效率。对于干细胞的冷冻保存而言，减少冷冻损伤和保持其完整功能至关重要。理想情况下，高的升温速率可以确保生物样品在复温期间不会形成冰晶。通常认为高浓度的冷冻保护剂可避免形成冰晶。例如，在厘米尺度的样品中需要使用高达6-8M的冷冻保护剂以实现玻璃化并减少重结晶，但实际上，并非所有细胞都可以耐受高浓度的冷冻保护剂。在复温过程中，临界升温速率必须比临界冷却速率超出至少一个数量级，以防止在冷冻保护剂介质和系统中形成冰晶，目前在低浓度冷冻保护剂中实现更快的升温速率仍然具有挑战性。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种基于液态金属纳米颗粒的冷冻保护剂及其(冷冻保存)方法和应用。

本发明的目的之一在于提供一种基于液态金属纳米颗粒的冷冻保护剂，包括液态金属纳米颗粒和基础保护剂；所述液态金属纳米颗粒的原材料熔点在60℃以下，所述基础保护剂为乙二醇、丙二醇和海藻糖。本发明中，所述冷冻保护剂可以在降温的过程中实现玻璃化，复温的过程中在近红外激光的照射下作为空间热源，大大提高升温速率，抑制反玻璃化，减少冰晶的形成，提高冻存后细胞及血管组织的存活率及结构完整性。

根据本发明的一些优选实施方式，所述液态金属纳米颗粒的添加浓度为0.1mg/mL-0.8mg/mL；和/或，所述基础保护剂为0.5-2mol/L的乙二醇、0.5-2mol/L的丙二醇和0.5-1.3mol/L的海藻糖，更优选为1mol/L的乙二醇、1mol/L的丙二醇和0.5mol/L的海藻糖。

根据本发明的一些优选实施方式，所述冷冻保护剂为液态金属纳米颗粒、基础保护剂及培养液；其中，所述基础保护剂与所述培养液的体积比为(6.5-26):(93.5-74)；所述培养液以体积百分比计，优选为细胞培养基20-100％、胎牛血清0-80％，更优选为细胞培养基40％、胎牛血清60％；其中，所述细胞培养基优选为人骨髓间充质干细胞完全培养基、DMEM培养液、HBMSC培养液、PBS磷酸缓冲液或MEM培养液。

根据本发明的一些优选实施方式，所述液态金属包括Ga和/或Bi；优选的，所述液态金属合金选自GaIn合金、GaInSn合金、InBiSn合金和GaInSnZn合金中的一种或多种；优选为GaIn_24.5。

根据本发明的一些优选实施方式，所述液态金属纳米颗粒的平均直径在100-200nm范围内。