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海藻糖——一种分子钥匙
发布时间:2024-12-14
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在20世纪70年代至80年代早期,克劳的小组开始研究海藻糖对水分子结构、细胞膜的完整性和蛋白质结构的影响。他们发现,海藻糖与大部分其他糖类不同它可以非常容易地把与蛋白质、脂质和细胞架构相结合的水分子替换掉,并且在细胞干涸后与蛋白质、脂质和细胞架构相结合。另外,当温度下降,水结成冰后会形成具有锋利边缘的晶体,这些晶体会割开细胞膜并破坏蛋白质。而海藻糖悬液会在冷冻后形成一种光滑的固体,减缓那些具有破坏性的反应,这个过程叫作玻璃化冷冻。

当水被重新加入时,它又反过来替换海藻糖,细胞膜会保持它们的结构完好如初。

冻干药物

克劳指出,既然海藻糖能够在水熊虫干涸和复水的过程中保护细胞膜,那么对于更大、更脆弱的脊椎动物的细胞,甚至是人类的细胞,海藻糖或许也具有同样的保护作用。

实验表明,脊椎动物的细胞不能产生海藻糖,而且海藻糖也不能轻易地进入脊椎动物的细胞。克劳的研究小组证明:当人类成纤维细胞(一种合成胞外基质和胶原蛋白的细胞)因冻干(在真空中干燥)失去95%~97%的水分时,海藻糖能对其提供一些保护。不过,这种保护状态只能坚持3天。

1994年,美国海军请克劳研究有关血小板的冻干保存。血小板是一种对伤口愈合非常重要的血液成分,它们能在血管破裂时聚集起来并产生凝血块堵住裂口,也能被用于治疗一些癌症,比如白血病。这类肿瘤的化疗药物会对骨髓产生影响,从而导致血小板的产生数量减少。军方对冻干血小板的可行性感到非常兴奋。室温下,冻干的血小板在液体中保存不能超过5天。为减慢细菌和真菌生长而降低保存温度可能会令血小板的功能丧失。克劳的研究组发现,当在体温条件下用海藻糖悬液孵育血小板时,血小板可以成功地“加载”海藻糖。他们通过控制冷冻速率、小心地干燥血小板,得到了一种可以在室温下保存长达2年的血小板粉末。加水重构产生的复水血小板与普通的血小板相比,在促进凝血方面具备85%的活性。

此外,海藻糖还可以保护疫苗制剂和包裹治疗药物的合成性脂质体,使它们能够经过干燥变成粉末,易于在室温下保存。这些粉末非常稳定,可以被运往世界上那些曾因没有冰箱而无法开展免疫接种的地区。

基于克劳和他的研究团队的先驱性工作,现在有许多实验室和公司正在尝试制备其他类型的冻干细胞,包括红细胞、骨髓和其他干细胞,以及能在室温下维持稳定的蛋白制剂、疫苗和药物。

谁能想到这项卓越的医疗研究及其对人类福祉的贡献都是源于一位高中生对微小的水熊虫的执着!他把自己的一生都贡献给了这项研究滴水就是这样让生命复苏。