低溫保存細胞的原理,冷凍保護劑可以均勻充分地和細胞相接觸,保護效果好.對組織而言,保護劑只能作用于其表面,對深層細胞無法起到保護作用.為了提高組織的存活率,應(yīng)同時控制降溫的速率.控制降溫速率的慢速降溫可以使細胞外溶液中的水結(jié)冰,導(dǎo)致細胞外溶液濃度升高,胞內(nèi)水向膜外滲出,在達到一定溫度時,將組織置于灤低溫冰箱或液氮中凍存,可以減輕細胞內(nèi)結(jié)晶對細胞的損傷,保持細胞的活性.
慢速冷卻低溫保存法是目前較為常用的保存方法,其工作程序為：失將細胞放在含有抗凍劑的溶液中進行預(yù)處理,接著用程序降溫儀將細胞連同溶液以較慢的速度降溫.首先是細胞外溶液中的水分結(jié)冰使溶液的濃度升高,細胞內(nèi)的水分透過細胞膜向外滲出,細胞體積收縮,細胞內(nèi)液的濃度與滲透壓增加,冰點下降；隨著溫度的下降,上述過程繼續(xù)進行,到一定的溫度時迅速降低到一80℃(下冰溫度)或一196℃(液氮溫度)結(jié)冰,并在此溫度下長期保存.在零下某一溫度結(jié)冰時,先是凝結(jié)成小冰晶,細小的冰晶對細胞損害較少,但小冰晶表面勢能大,往往互相結(jié)合成大冰晶.該現(xiàn)象易發(fā)生在一30℃一一40℃.大冰晶破壞細胞結(jié)構(gòu),使細胞壞死.即使小冰晶在冷凍過程中未完全形成大冰晶,在復(fù)溫過程中也會結(jié)成大冰晶,同樣導(dǎo)致細胞死亡.不同的細胞要求不同的降溫速率,速率過快則在細胞內(nèi)形成冰晶,在復(fù)溫過程中細胞內(nèi)冰晶會產(chǎn)生再結(jié)晶,而使細胞損傷.若降溫速率過慢,會導(dǎo)致細胞收縮劇烈,并且細胞較長時間處于高滲溶液中也同樣會造成細胞的損傷.降溫的過程是傳熱與滲透兩個因素相互作用的過程,所謂的最佳降溫速率是指這兩個因素的最好配合.
應(yīng)用于低溫保存皮膚、氣管、血管等生物材料,在臨床實踐中的應(yīng)用效果也比較理想.