Rezolvarea enigmei polimerilor legați de gheață pentru stocarea biologică

Un detaliu al nivelului molecular al interacțiunii dintre PVA și gheață (din simulări de dinamică moleculară). Credit: Universitatea din Warwick

  • Crioprotectoarele sunt utilizate pentru a proteja materialul biologic în timpul depozitării congelate
  • Acestea trebuie îndepărtate în timpul decongelării și cât de mult să se utilizeze și cât de exact previn recristalizarea gheții este puțin înțeles
  • Polimerul (vinil) alcool (PVA) este, fără îndoială, cel mai puternic inhibitor al recristalizării gheții și cercetătorii din Universitatea din Warwick am descoperit cum funcționează exact.
  • Această nouă bază de cunoștințe dobândită oferă noi linii directoare pentru proiectarea următoarei generații de crioprotectori

Atunci când materialul biologic (celule, sânge, țesuturi) este înghețat, crioprotectoarele sunt utilizate pentru a preveni deteriorarea cauzată de gheață în timpul procesului de îngheț. Apar noi crioprotectoare polimerice, alături de crioprotectoare deja stabilite, dar exact cum reușesc să controleze formarea și creșterea gheții este încă necunoscut. Acest lucru este valabil mai ales pentru PVA, un polimer sintetic înșelător de simplu care interacționează cu gheața prin mecanisme care au fost descoperite acum la nivel atomic datorită cercetătorilor de la Universitatea din Warwick.

Crioprotectorii sunt esențiali la înghețarea materialului biologic pentru a reduce daunele celulare implicate în formarea gheții. Recristalizarea gheții, care este procesul prin care cristalele de gheață mai mari cresc în detrimentul celor mai mici, este una dintre problemele majore care afectează protocoalele actuale de crioconservare și este încă puțin înțeleasă. Cercetătorii de la Universitatea din Warwick au investigat modul în care un polimer destul de popular cu potențialul de a fi utilizat în crioconservare se leagă de cristalele de gheață în creștere.

Pe hârtie, „Detalii atomice ale activității de inhibare a recristalizării gheții PVA‘, publicat în jurnal Comunicări despre natură, cercetătorii de la Universitatea din Warwick au descoperit că, contrar consensului, lanțurile polimerice mai scurte sau mai lungi de alcool poli (vinil) (PVA) se leagă toate de gheață.

Până în prezent, comunitatea a lucrat sub ipoteza că polimerii scurți nu se leagă suficient de cristalele de gheață, dar în această lucrare Dr. Sosso și colegii săi au demonstrat că există un echilibru delicat între aceste interacțiuni de legare și volumul efectiv ocupat de polimeri la interfața cu gheața care determină eficacitatea lor în prevenirea recristalizării gheții.

Această lucrare combină măsurători experimentale ale inhibării recristalizării gheții și simulări pe computer. Acestea din urmă sunt instrumente neprețuite pentru a obține o perspectivă microscopică asupra proceselor precum formarea gheții, deoarece sunt capabili să vadă ce se întâmplă în procese foarte rapide sau foarte mici, care sunt dificil de văzut chiar și prin cele mai avansate tehnici experimentale.

Această lucrare aruncă o nouă lumină asupra principiilor de bază din centrul recristalizării gheții, identificând principiile de proiectare care pot fi utilizate direct pentru proiectarea următoarei generații de crioprotectoare. Această realizare este o dovadă a puterii a ceea ce este cunoscut sub numele de „Team Ice” la Warwick, o rețea în continuă creștere de colaboratori cu potențialul de a avea un impact major asupra multor aspecte ale formării gheții, de la știința atmosferică la chimie .

Fabienne Bachtiger, doctorand care lucrează în grupul de cercetare al Dr. Sosso (Departamentul de Chimie) care a condus această lucrare, explică:
„Am constatat că chiar și lanțurile PVA foarte scurte, care conțin doar zece unități de polimeri, se leagă de gheață și că se leagă și polimerii PVA cu blocuri mici. Importatorii sunt importanți pentru comunitatea experimentală să știe acest lucru, deoarece au lucrat sub diferite ipoteze până acum. De fapt, acest lucru înseamnă că putem folosi cu succes polimeri mult mai mici decât se credea anterior. Acestea sunt informații esențiale pentru a ajuta la dezvoltarea unor crioprotectoare mai active. “

Dr. Gabriele Sosso, de la Departamentul de Chimie de la Universitatea din Warwick, care conduce un efort de calcul substanțial pentru a investiga formarea gheții în biologie, subliniază că:
„Cu această contribuție am adăugat o parte esențială enigmei cu privire la modul în care crioprotectoarele polimerice interacționează cu cristalele de gheață în creștere. Face parte dintr-un corp mai mare de lucrări de calcul și teoretice pe care grupul meu le urmărește pentru a înțelege cum funcționează crioprotectoarele la nivel molecular, pentru a identifica principiile de proiectare care pot fi investigate direct de colegii noștri experimentali. Warwick este locul perfect pentru a înțelege în continuare gheața și această lucrare arată impactul colaborării foarte interesante dintre echipa mea de cercetare și grupul Gibson. “

Profesorul Matthew Gibson, de la Departamentul de Chimie și Școala de Medicină Warwick de la Universitatea din Warwick, adaugă: „Recristalizarea gheții este o adevărată provocare în criobiologie, ducând la deteriorarea celulelor, dar și la alimente congelate sau infrastructură. Înțelegerea modului în care funcționează chiar și acest polimer „simplu” pentru a controla recristalizarea gheții este un mare pas înainte în descoperirea de noi crioprotectori și în cele din urmă utilizarea lor în lumea reală. “

Referință: „Detalii atomice ale activității inhibitoare a recristalizării gheții PVA” de Fabienne Bachtiger, Thomas R. Congdon, Christopher Stubbs, Matthew I. Gibson și Gabriele C. Sosso, 26 februarie 2021, Comunicări despre natură.
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

Nanofibrele centrifugale multifuncționale pun un nou efect asupra măștilor COVID-19

Figura (A) Ilustrația schematică a procesului de producție a nanofibrelor polimerului centrifug polimer multispinning. (B) Nanofibrele polimerice sunt rotite de sistem. O...

Arheologii găsesc dovezi din monumentele de câini domestici din Peninsula Arabică Antică

Situat în regiunea tărâmurilor Alula, în nord-vestul Arabiei Saudite, acest cimitir este acum rar construit pe pământ pentru Arabia Neolitică-Calcolitică și este un ajutor...

Pe măsură ce straturile de gheață s-au topit, nivelul mării a crescut până la 18 metri

Se știe că creșterea nivelului mării datorită schimbărilor climatice este o amenințare majoră. Noile cercetări au arătat că evenimentele anterioare de pierdere a...

Oamenii de știință identifică genele umane care luptă împotriva infecției cu SARS-CoV-2

Vedere microscopică a coronavirusului. Credit: Yeti punctat Cercetările indică controlul genelor care stimulează interferonul SARS-CoV-2 Copie Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebis au...

Noua tehnică „Mașina timpului” dezvăluită pentru măsurarea celulei

Celulele dendritice (roșii / verzi co-colorate) într-un folicul limfoid (fragment de peyer) drenează intestinul (albastru). Credit: Wang Cao și Shengbo Zhang, WEHI Utilizând o...

Newsletter

Subscribe to stay updated.