原标题：松山湖材料实验室：向自然界“取经”破解“冷冻—复活”密码
在各类科幻作品中，“冷冻—复活”的桥段已然成为影迷熟悉的一幕。现实世界里，虽然已经历经半个多世纪的发展，冷冻保存技术并不那么高大上，仍然存在影响细胞存活率、细胞损伤的弊端。
■松山湖材料实验室仿生控冰冷冻保存材料项目团队在进行科研工作受访单位供图
这一科技界的难题在松山湖材料实验室实现关键性突破，首次证实“临界冰核”的存在，为安全型冷冻保存液的技术发展打下坚实基础。
“项目团队建设了完善的小试和中试实验室，以及符合GMP标准的中试验证车间，开展安全型细胞冻存液的中试验证，已经可以实现小批量的生产。”近日，松山湖材料实验室仿生控冰冷冻保存材料项目团队负责人王健君研究员对记者表示，该项目的实施与转化，不仅可以打破国外企业对我国细胞冷冻保存液的市场垄断，还可以显著改善辅助生殖与干细胞治疗的临床效果，创造巨大的经济价值和社会效益。
向自然界“取经”，实现科学突破
据了解，冷冻保存技术问世以来，历经半个多世纪后已经成为生物医学领域不可或缺的研究方法之一。
采用该技术，可以将细胞、组织及器官等生物材料保存于超低温环境中，使细胞新陈代谢大大减慢甚至停止，一旦恢复正常生理温度又能继续发育。
冷冻保存技术已成为生物医学研究和临床治疗的重要技术支撑，只有冷冻保存技术取得突破才有可能使现代医学技术充分发挥其拯救生命的潜力。
而这其中，冷冻保存液是该技术的关键物质基础之一，目的是避免冻存体系中形成冰晶导致生物材料失活。
在目前的科技界，采用的玻璃化冷冻方法已经实现了细胞和部分组织的冻存，具体做法是将细胞等生物材料置于玻璃化冷冻保存液中平衡后，直接置于液氮环境中使细胞内外的水分子迅速进入玻璃化状态。
“采用玻璃化冷冻保存液存在两大弊端。首先，实现玻璃化冷冻需要添加大量（10-15wt%）二甲基亚砜（DMSO）作为玻璃化试剂结合体系中的水分，而DMSO具有细胞毒性和表观遗传毒性，影响细胞的存活率与功能，经常导致临床效果不理想；其次，玻璃化冷冻保存液只能抑制冷冻过程中冰晶的形成，无法在复温过程中控制冰晶成核与生长，导致细胞在复温过程中出现大冰晶造成细胞损伤。因此，研发无DMSO的安全型细胞冷冻保存液成为国际上生物医学领域未来的发展趋势。”王健君表示。
从哪里进行突破？“大自然为我们提供了研发的思路。”王健君表示，自然界有许多生命体能够在酷寒环境下存活，例如我国新疆的沙漠甲虫、美国阿拉斯加的树蛙、极地的鱼类等，它们可以借助于体内的控冰蛋白抑制冰晶的形成与生长，将冰晶尺寸控制在细胞的耐受范围之内，从而避免冰冻损伤。
在此情况下，明确生命体内控冰蛋白的作用机制，就成为该团队设计制备仿生控冰分子，用于安全型细胞冷冻保存液的研发，实现冷冻保存技术的突破的关键一步。
2019年，仿生控冰冷冻保存材料项目团队经过多年研究，终于实现了关键性突破。一方面，团队以氧化石墨烯材料为“尺子”，在纳米级别控制材料的尺寸，研究了纳米材料对冰晶成核的影响，再实验探测到临界冰核的尺寸。这也是科学家首次从实验上证实“临界冰核”的存在，引起业界强烈关注。另一方面，经过多年的持续研究，他们发现控冰蛋白两个面具有不同的性质，一面亲水，另一面亲冰，从而刷新了学界对控冰蛋白的认识。
打破国外垄断，探路产业化发展
冷冻保存液具有广阔的市场空间，如干细胞的安全冻存在细胞治疗和再生医学的推广应用。这其中，辅助生殖领域卵子、精子及胚胎的安全冻存一直备受关注。
根据前瞻产业研究院发布的报告显示，2019年，中国干细胞医疗产业市场规模达到785亿元；2024年，中国干细胞医疗产业市场规模将超过1300亿元。
我国目前临床应用的细胞冷冻保存液被Kitazato、Zenoaq、CooperSurgical等国外企业垄断，严重制约我国生物医学技术的进步与发展，还给广大患者造成了沉重的经济负担。
“截至目前，团队申请了一系列具有自主知识产权的专利包，实现细胞冻存液领域的国际领先。团队建设了完善的小试和中试实验室，以及符合GMP标准的中试验证车间，开展安全型细胞冻存液的中试验证，已经可以实现小批量的生产。”王健君表示，团队设计了多种仿生控冰分子，制备了系列具有仿生控冰作用的安全型冻存液，实现了DMSO含量为零，并与北京大学第三医院等国内多家医疗和研究机构开展了紧密合作。
据王健君介绍，该项目的实施与转化，不仅可以打破国外企业对我国细胞冷冻保存液的市场垄断，还可以显著改善辅助生殖与干细胞治疗的临床效果，创造巨大的经济价值和社会效益。
“接下来，在持续推进和科研机构的合作之外，我们将加快技术研发的速度，打通从研究到转化的链条，形成一个平台体系，努力迈向产业化发展路径。”王健君表示，预计，未来有望在5年内实现市场化推广。
文字：资深记者张华桥
