来源：Cell Regen编辑部

低温保存（cryopreservation）是生物样本的主要保存方式，其已被广泛应用于活细胞、组织、活细胞构建物或培养物（组织工程化组织、类器官、器官芯片等）的长期高质量保存。随着再生医学、组织工程和细胞治疗等诸多领域的飞速发展，高效、低成本的低温保存技术愈发重要。

低温保存效果受到诸多复杂因素影响，也与样品本身和外界调控密切相关。近日，中国科学技术大学赵刚课题组在Cell Regeneration上发表了题为“Advanced cryopreservation engineering strategies: the critical step to utilize stem cell products”的综述文章。该文较为全面地回顾了细胞低温保存的背景和原理，综括了细胞低温保存常用的工程技术手段，包括光热、磁热和微封装等，并提出了协同抑冰策略。此外，该文还较为完整地总结了干细胞低温保存的现状，指出了在当前飞速发展的学科交叉融合的大背景下，干细胞高效低温保存所面临的挑战、机遇和前景。

低温保存是利用极低的温度（-80℃或-196℃）实现细胞、组织、器官和其他生物材料长期保存的一项重要技术。在低温条件下，活细胞内的化学和生物反应显著减少，甚至停止，这是实现各种生物样本长期保存的根本机制。

生物样本在复温过程中，热应力损伤和冰晶损伤往往是致命的，这在大尺度样本保存中尤为明显。基于外部物理场的光热复温（photothermal rewarming）与电磁复温（electromagnetic rewarming）技术在抑制复温过程中的冰晶生长和消除热应力方面取得了巨大的进展。纳米颗粒具有优异光热转换性能，与近红外光相结合能够提供超快速加热平台，在毫米级低温保存复温过程中有效抑制再结晶和反玻璃化，实现细胞和斑马鱼胚胎的高效保存。Fe₃O₄等磁性氧化铁纳米颗粒可以快速将外部磁能转化为热能，赵刚课题组在国际上首次将磁性纳米颗粒引入低温保存并取得了显著成效：对于小尺度的生物样品如细胞和组织，于保护剂中添加纳米颗粒，在磁场作用下升温速率提高，能够抑制再结晶与反玻璃化；对于器官等大尺度样本，通过灌流等手段将纳米颗粒均匀分布在样本内部，通过磁场加热实现均匀快速复温，可以有效抑制热应力损失和冰晶损伤。电磁复温是低温保存的有效策略，具有保存多种尺度生物样品的潜力。

低温保存生物样本的电磁复温

近年来，各种先进的水凝胶微胶囊技术不断涌现。文章重点介绍了常用的细胞微封装方法，包括传统微流控（conventional microfluidics）、静电喷雾（electrostatic spraying）和离心微流控（centrifugal microfluidics）。通过调节不同的参数，可以得到所需的微胶囊或纤维。微封装可作为基础技术与其他抑冰技术联合使用，起到多重抑冰的效果。

活细胞的微封装／胶囊化（活细胞构建物）

基于此，我们提出了协同抑冰的工程策略，即将两种或多种先进的工程技术有效融入低温保存领域，在降温和复温的过程中协同作用，实现生物样本的高质量保存。例如我们将微封装、光热复温和磁热复温技术联合使用，实现了胰岛细胞、干细胞和小鼠卵泡的高活力保存，具有重要的现实意义。

协同抑冰

综上所述，文章讨论了细胞冷冻保存和复温过程中的主要冷冻损伤机制，并介绍了一系列先进的工程抑冰技术，包括光热、磁热复温、细胞封装和协同抑冰。这些工程策略在干细胞冷冻保存方面具有多种优势，其中水凝胶封装在工业应用中发挥着重要作用，装载干细胞的水凝胶支架在细胞治疗、组织工程和再生医学中已经发挥了重要作用。此外，对于低温保存的大体积水凝胶干细胞产品，结合电磁复温可以进一步提高存活率。鉴于干细胞在组织工程和再生医学中不可替代的特性，相信先进的干细胞冷冻保存工程策略将紧跟需求，为再生医学带来蓬勃发展的未来。