类器官冻存液的组成成分、技术原理、应用和操作流程
2026-02-26 来源:本站 点击次数:39类器官技术已成为现代生物医学研究的重要工具，能够在体外模拟人体器官的结构和功能。然而，类器官的培养周期长、成本高，如何有效保存这些珍贵的三维生物模型成为实验室面临的关键挑战。
专为类器官设计的冻存液通过优化配方和冻存流程，成功解决了这一难题，为生物样本库的建立和科研连续性提供了保障。
01 类器官技术与冻存挑战类器官是源自原代组织或干细胞的体外衍生3D细胞聚集体，能够自我更新、自组织并表现出器官功能。这些微型器官模型通过提供与主要组织相似的组成和结构，解决了传统2D模型系统的局限性。
与任何模型系统相比，类器官在生物学上更接近体内条件，成为疾病研究、药物筛选和个性化医疗的宝贵工具。
然而，类器官的培养周期长、成本高，极大限制了它们在生物医学研究中的应用。尤其是脑类器官等需要长期培养的类器官，由于培养周期长达数月，其保存问题尤为突出。
传统的细胞冻存方法应用于类器官时，面临着一个严峻挑战：冷冻/解冻后的存活率低，无法维持类器官的复杂结构和功能活性。
02 类器官冻存液的核心组成类器官冻存液是一种经过特殊优化的冻存介质，旨在保护类器官在冻存和复苏过程中的存活率与功能完整性。与常规细胞冻存液相比，它的配方针对类器官的三维结构特性和细胞类型多样性进行了优化。
基础成分构成
典型的类器官冻存液包含多种关键组分，每种成分都发挥着独特作用：
冷冻保护剂是冻存液的核心成分，主要防止冰晶形成对细胞造成的损伤。最常见的包括二甲基亚砜（DMSO），它能够穿透细胞膜，降低冰点。
一些新型冻存液也尝试使用乙二醇等替代性或辅助性保护剂。
渗透调节物质如蔗糖、海藻糖和葡萄糖，通过调节渗透压，稳定细胞膜结构，减少冷冻过程中的体积变化损伤。
结构与功能保护成分针对类器官的特殊需求，冻存液还添加了以下关键成分：
细胞外基质保护剂如甲基纤维素和聚乙烯吡咯烷酮（PVP），对于维持类器官的三维结构完整性至关重要。
这些成分能够在冷冻过程中保护细胞间连接和基质结构。
凋亡抑制剂如ROCK抑制剂Y27632，可显著减少冻存过程中的程序性细胞死亡，提高复苏后的细胞存活率。
| 成分类别 | 代表物质 | 主要功能 |
| 渗透性冷冻保护剂 | DMSO、乙二醇 | 穿透细胞膜，减少冰晶形成 |
| 非渗透性冷冻保护剂 | 蔗糖、海藻糖 | 调节渗透压，稳定细胞膜 |
| 基质保护剂 | 甲基纤维素、PVP | 维持三维结构完整性 |
| 凋亡抑制剂 | ROCK抑制剂 | 减少程序性细胞死亡 |
| 基础培养基 | Advanced DMEM/F12 | 提供营养支持 |
类器官冻存液的技术原理建立在低温生物学的基础上，通过多重机制保护类器官在冻存和复苏过程中的完整性。
冰晶控制机制
在冷冻过程中，细胞内外冰晶的形成是导致细胞损伤的主要原因。冻存液中的冷冻保护剂通过氢键与水分子相互作用，降低冰点，抑制冰晶的形成和生长。
特别是DMSO能修改水的晶体结构，形成更小、更规则的冰晶，减少对细胞膜的机械损伤。
膜稳定机制类器官冻存液中的海藻糖和蔗糖等物质，通过玻璃化转变过程在细胞外形成无定形玻璃态而非晶体，这能稳定细胞膜磷脂双分子层，防止相变。
同时，这些物质作为渗透缓冲剂，缓解冷冻过程中因水分流失引起的细胞收缩和复苏过程中的膨胀应激。
结构维持机制对于类器官这类复杂的三维结构，冻存液中的高分子聚合物如甲基纤维素和PVP，在细胞外形成保护性网格，支持微观结构完整性。
在神经类器官等复杂系统中，冻存液中的特殊成分如MEDY配方（甲基纤维素、乙二醇、DMSO和Y27632的组合）能抑制内质网介导的细胞凋亡途径，从而保护突触功能。
04 类器官冻存液的实践应用类器官冻存液的应用范围广泛，覆盖了从基础研究到临床转化的多个领域。
生物样本库建立
利用类器官冻存液，研究人员能够构建疾病特异性类器官库，包括癌症、遗传性疾病和神经系统疾病模型。例如，癫痫患者源性脑类器官通过有效的冻存技术，能够保留其病理特征，为疾病研究提供宝贵的模型资源。
冻存技术使大规模类器官存储成为可能，显著减少了神经类器官的制备时间和成本，便于各种神经类器官和活体脑组织的大规模存储。
药物筛选与评估在药物开发领域，冻存的类器官可用于高通量药物筛选，提供大量遗传背景一致的实验材料。制药公司可以利用冻存的类器官库，评估药物效力和毒性，提高临床前研究的预测价值。
再生医学研究
类器官冻存技术为细胞治疗和组织工程提供了支持。例如，冻存后的干细胞类器官保留其多向分化潜能，可用于未来的移植治疗。
研究证实，通过hydrogel microencapsulation（水凝胶微胶囊）技术，即使使用低浓度DMSO（2.5%）冻存间充质干细胞，也能维持细胞存活率 above 70%的临床阈值，并保留其多重分化潜力。
个性化医疗在个性化医疗中，冻存液使得从患者样本构建个性化类器官库成为可能。这些类器官可以在需要时复苏，用于测试患者特异性药物反应，实现真正的个性化治疗。
05 类器官冻存操作流程
标准的类器官冻存和复苏流程包括多个关键步骤，每个环节都需要严格控制条件以确保最佳效果。
冻存前准备
选择生长状态良好的类器官进行冻存是关键前提。对于结构紧密的类器官，如具有多层上皮或由鳞状细胞构成的类器官，建议使用类器官消化液进行适当消化，然后再进行冻存。
冻存盒需要提前平衡至室温或4℃，确保冷冻过程可控。
类器官处理收集类器官时，在类器官培养孔板中加入适量基础培养基，使用细胞刮刀或移液枪头轻轻吹打，将内容物从培养板剥离并转移至离心管。
通过150-300g离心3分钟弃上清收集类器官沉淀。离心速度不宜过高，避免对类器官造成机械损伤。
冻存液重悬在离心后的类器官中加入预冷的类器官冻存液，调整细胞浓度至1×10³-1×10⁷个细胞/mL。
浓度过低会导致复苏后类器官生长困难，过高则会影响冻存液的保护效果。将混合均匀的悬液分装至冻存管中，每管体积大于0.5mL。
控制性冷冻将冻存管转移至程序性冻存盒中，随后将冻存盒放入-80℃冰箱。控制降温速率对于保持类器官活力至关重要，通常建议采用-1℃/分钟的降温速率。
12-24小时后，可将冻存管转移至液氮中长期保存。
复苏流程复苏过程同样关键：在37℃的水浴中快速解冻冻存管，待冻存管内的冻存物仅剩少量冰渣时，立即停止水浴。
将冻存悬液转移至离心管中，缓慢加入5-10倍体积的预热完全培养基，轻柔混匀。
通过150-300g，3分钟离心洗涤类器官/细胞悬液，重复一次以确保去除冻存液中的保护剂。最后，用完全培养基重悬类器官沉淀后即可用于后续培养。
06 技术进展与未来方向类器官冻存技术近年来取得了显著进展，不断优化解决早期挑战。
新型冻存配方开发
复旦大学团队开发的MEDY技术代表了神经类器官冻存的重要突破。这种配方包含1%甲基纤维素、10%乙二醇、10% DMSO和10μM Y27632，能够有效保护脑类器官的复杂结构和功能活性。
研究证明，使用MEDY冷冻的皮质类器官，解冻后继续培养21天、50天后，类器官功能结构被完全保留，即使在低温保存1年半的类器官中，祖细胞和神经元依然能够维持良好状态。
DMSO减量与替代策略减少DMSO使用是当前研究的重点方向。科学家们正在探索低DMSO或无DMSO冻存方案，以降低潜在毒性。
例如，水凝胶微胶囊技术使得间充质干细胞能够用低至2.5%的DMSO浓度进行有效冻存，同时维持细胞存活率 above 70%的临床阈值。
同样，在血小板冷冻保存领域，研究证明通过控制速率冷冻（CRF）与深共晶溶剂（DES）结合，可以实现不含DMSO的血小板冻存。
功能保持技术最新的冻存技术不仅关注细胞存活率，更重视功能完整性的保持。研究发现，适当的冻存方案可以使复苏后的类器官保留神经元电生理活性和细胞间连接，这对神经科学研究至关重要。
单细胞转录组分析证实，优化的冻存技术不会显著改变类器官的基因表达谱和细胞类型比例，确保了实验结果的可靠性。
随着技术的不断进步，类器官冻存液正朝着更加专业化、精细化的方向发展。不同器官来源的类器官可能需要特制的冻存配方，而自动化冻存系统的整合则将提高实验结果的可重复性。
未来，我们可以预见更加标准化的类器官冻存方案，使全球范围内的实验室能够共享类器官资源，加速生物医学研究进程。
爱必信类器官冻存液推荐| 货号 | 产品名称 | 规格 |
| abs9519 | 类器官冻存液 | 50mL/100mL |
【免责声明】本篇文章来源于网络公开信息，由AI生成，若不慎涉嫌侵权，请及时联系，我们将第一时间配合处理，不承担任何法律责任。