在细胞生物学研究和临床应用中，细胞的保存和复苏是至关重要的环节。如何有效地保存细胞并保持其活性和功能，对于细胞治疗、疾病研究以及药物筛选等领域具有重大意义。而在细胞冻存与解冻的过程中，一个关键的原则就是“慢冻快融”。本文将探讨这一原则背后的科学原理。

慢冻：保护细胞免受冰晶损伤

在细胞冻存过程中，降温速度对细胞的存活率有着重要影响。如果直接将细胞暴露在极低的温度下，如直接放入-196℃的液氮中，细胞内外的水会迅速结冰。这一过程中，胞外溶液中的水会先于胞内水结冰，导致胞外溶液不断浓缩，细胞内水分通过渗透作用移出细胞，进而引起细胞电解质升高、渗透压改变、脱水及蛋白质变性等。这些变化会对细胞造成机械性损伤，导致细胞死亡。

为了避免这一问题，需要采取缓慢降温的策略。通过缓慢降温，可以使细胞有足够的时间通过渗透作用排出水分，同时胞外溶液的冰晶形成也更为细小，减少了冰晶对细胞的损伤。此外，在冻存液中加入抗冻剂（如DMSO）可以降低冰点，增加细胞渗透压稳定性，进一步保护细胞免受损伤。

快融：防止DMSO毒害与再结晶

与冻存过程相反，细胞解冻时需要快速升温。在解冻过程中，如果温度上升过慢，细胞外的冰晶会缓慢融化，形成较大的冰晶颗粒，这些冰晶可能会进入细胞内部，形成再结晶，对细胞造成二次损伤。此外，抗冻剂DMSO在常温下对细胞具有较大的毒副作用，如果解冻时间过长，DMSO会对细胞造成损害。

因此，细胞解冻时需要快速升温，通常在1-2分钟内将细胞从-196℃的液氮中融化至37℃。这一过程需要在水浴锅中进行，以确保温度均匀上升。同时，解冻后需要迅速稀释DMSO的浓度，减少对细胞的损伤。

实践中的注意事项

在实际操作中，冻存与解冻细胞还需要注意以下几点：

1. 预处理：在冻存前，需要对细胞进行预处理，如离心、去除培养液等，以减少冰晶的形成。

2. 冻存液选择：选择合适的冻存液，如含有DMSO、血清和糖等成分的冻存液，以提高细胞的存活率。

3. 温度控制：在冻存过程中，需要严格控制降温速率和温度，避免过快或过慢的降温速度对细胞造成损伤。

4. 解冻条件：解冻时需要在37℃水浴锅中快速融化，并加入适量的培养液稀释DMSO的浓度。

5. 无菌操作：在整个过程中，需要保持无菌操作，避免细胞污染。

慢冻快融是细胞冻存与解冻过程中的重要原则。通过缓慢降温，可以保护细胞免受冰晶损伤；而快速解冻则可以防止DMSO毒害和再结晶对细胞的损害。在实际操作中，需要严格控制温度、选择合适的冻存液和注意无菌操作等条件，以确保细胞的存活率和功能。这一原则在细胞生物学研究和临床应用中具有重要意义，为细胞治疗、疾病研究以及药物筛选等领域提供了有力支持。

原创作者：北京缔一生物科技有限公司