Řešení skládačky polymerů vázajících se na led pro biologickou kryokonzervaci

Podrobná molekulární úroveň interakce mezi PVA a ledem (ze simulované molekulární dynamiky). Zápočet: University of Warwick

  • Kryoprotektory se používají k ochraně biologického materiálu při skladování v chladu
  • Je třeba je při odmrazování odstranit a jak moc je třeba je používat a jak přesně zabraňují rekrystalizaci ledu, je méně pochopeno.
  • Polymerní poly (vinyl) alkohol (PVA) je nejspolehlivějším inhibitorem rekrystalizace ledu a vědci z University of Warwick interpretoval, jak to funguje přesně.
  • Tato nově získaná znalostní báze poskytuje nové pokyny pro návrh kryoprotektorů nové generace.

Pokud se použije biologický zdrojový materiál (buňky, krev, tkáně), použijí se kryoprotektory, aby se zabránilo poškození spojenému s tvorbou ledu během procesu zmrazování. Přicházejí nové polymerní kryoprotektory spolu se zavedenými kryoprotektory, ale jak přesně mohou řídit tvorbu a růst ledu, zatím není známo. To platí zejména pro PVA, klamně jednoduchý syntetický polymer, který interaguje s ledem prostřednictvím mechanismů, které jsou nyní odhaleny na atomové úrovni díky vědcům z University of Warwick.

Kryoprotektory jsou nezbytné při zmrazování biologického materiálu, aby se minimalizovalo poškození buněk při tvorbě ledu. Rekrystalizace ledu, což je proces, při kterém roste více ledových krystalů za malou cenu, je jedním z hlavních problémů ovlivňujících současné protokoly kryokonzervace a stále mu není porozuměno. Vědci z University of Warwick zkoumali, jak stále populárnější polymer s potenciálem pro použití při kryokonzervaci váže rostoucí krystaly ledu.

Na papíře, „Atomové podrobnosti aktivity zabraňující rekrystalizaci PVA z ledu‘, zveřejněno v časopise Komunikace v oblasti životního prostředí, vědci z University of Warwick zjistili, že na rozdíl od převládajícího konsensu jsou na led vázány mnohem kratší nebo delší polymerní řetězce poly (vinyl) alkohol (PVA).

Komunita do dnešního dne pracovala na očekávání, že polymery s krátkým životem budou vázat ledové krystaly, ale v této práci Dr. Sosso a kolegové zjistili, že je to jemná rovnováha mezi vazebnými interakcemi a efektivním množstvím polymerů na rozhraní s ledem, která určuje jejich účinnost při inhibici rekrystalizace ledu.

Tato práce kombinuje výzkumnou odolnost vůči rekrystalizaci ledu a počítačovou simulaci. Posledně jmenované jsou velmi důležité nástroje pro získání mikroskopického pohledu na procesy, jako je tvorba ledu, protože vidí, co se děje velmi rychle nebo ve velmi malých procesech, které je obtížné detekovat ani jednou z nejpokročilejších experimentálních metod.

Tato práce vrhá nové světlo na základní principy jádra krystalizace ledu, specifikuje konstrukční principy, které lze přímo použít k návrhu nové generace kryoprotektantů. Tento úspěch je důkazem síly toho, co je nadšeně známé jako „Team Ice“ ve Warwicku, stále rostoucí síť spolupráce s potenciálem mít obrovský dopad v mnoha aspektech tvorby ledu, od vědy o atmosféře až po lékařskou chemii.

Fabienne Bachtiger, doktorandka pracující ve výzkumném týmu Dr. Sosso (Department of Chemistry) vedoucí této práce, vysvětluje:
„Zjistili jsme, že i krátké řetězce PVA, které obsahují deset polymerních jednotek, se vážou na led a ten malý blok kopolymerů PVA se také váže. Je důležité vědět. Je to v experimentální komunitě, protože fungují doposud za různých předpokladů. Ve skutečnosti to znamená, že jsme byli schopni úspěšně použít mnohem menší polymery, než se dříve myslelo. To je důležitá informace, která nám pomůže. vývoj aktivnějších kryoprotektorů. “

Dr. Gabriele Sosso z katedry chemie na univerzitě ve Warwicku, který vedl několik výpočetních snah o zkoumání tvorby ledu v biologické hmotě, zdůrazňuje, že:
„K tomuto příspěvku přidáváme důležitou část skládačky, jak přesně polymerní kryoprotektory interagují s rostoucími krystaly ledu. Jedná se o součást mnohem většího výpočtového a teoretického úkolu. Vytvořeného mou skupinou s cílem zjistit, jak kryoprotektory fungují na molekulární úrovni, abychom určili principy designu, které mohou naši experimentální kolegové přímo prozkoumat. Warwick je dokonalým místem pro lepší pochopení ledu a tato práce ukazuje dopad nejzajímavější spolupráce mezi mým výzkumným týmem a skupinou Gibson. “

Profesor Matthew Gibson z katedry chemie a lékařské fakulty Warwick na University of Warwick dodal: „Obnova ledových krystalů je skutečnou výzvou v kryobiologii, která vede k poškození buněk, ať už ve zmrazených potravinách nebo v infrastruktuře. polymerní práce na řízení rekrystalizace ledu je významným krokem vpřed při hledání nových kryoprotektantů, které nakonec budou použitelné v reálném světě. “

Odkaz: „Atomové podrobnosti aktivity prevence rekrystalizace ledu v PVA“, autor: Fabienne Bachtiger, Thomas R. Congdon, Christopher Stubbs, Matthew I. Gibson a Gabriele C. Sosso, 26. února 2021, Komunikace v oblasti životního prostředí.
DOI: 10.1038 / s41467-021-21717-z

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Líheň je otevřená, stanici zabírá 10 členů posádky

Nově přidaný personál stanice, který se skládal z 10 členů, se shromáždil v servisní jednotce Zvezda, aby uspořádali uvítací ceremoniál s rodinnými příslušníky a...

Chronické virové infekce mohou mít hluboký trvalý účinek na imunitu člověka, podobně jako stárnutí

Analýza topologie sítě funkce imunitního systému představující desítky integrovaných buněčných odpovědí, které jsou během odstraňování viru hepatitidy C u lidí obráceny. Zkoumané signální...

Byly odhaleny bizarní dýchací orgány 450 milionů let starých mořských živočichů

Zápočet: UCR Trilobité měli při dýchání jednu nohu Nová studie našla první důkazy o vysoce vyvinutých dýchacích orgánech u mořských živočichů starých 450 milionů let. ...

První objev oceánských proudů pod „ledovcem Doomsday“ vyvolává obavy

Poprvé se vědcům podařilo získat data zpod ledovce Thwaites, známého také jako „ledovec Doomsday“. Zjistili, že přívod teplé vody k ledovci byl větší,...

“Čmáranice světla” v reálném čase

Vědci z Tokijské metropolitní univerzity vyvinuli zjednodušený algoritmus pro převod volně nakreslených čar na standardním stolním procesoru na hologramy. Dramaticky snižují náklady na...

Newsletter

Subscribe to stay updated.