冷冻气溶胶化实现了基于玻璃化的细胞冷冻保存的可扩展化

细胞疗法在治疗癌症、神经系统疾病、器官衰竭、糖尿病及其他疾病方面具有变革性的潜力，但其在临床上的广泛应用受到缺乏可扩展冷冻保存方法的限制，而这类方法需要在复温后仍能维持较高的细胞存活率。当前采用缓慢冷冻的标准方法可能导致细胞死亡和细胞功能受损。玻璃化提供了一种替代方案，即通过足够快速地冷却样品，完全绕过冰晶形成，从而更好地保存细胞结构与功能。实现玻璃化所需的高冷却和高复温速率，过去通常是通过将微升级样品直接淬入对流冷却浴和复温浴中来实现的。在此，我们提出了一种冷冻保存平台，通过将振动孔口气溶胶发生器与撞击式锥形喷嘴相结合，在液氮中生成并约束飞行中的微米级液滴，从而克服现有系统在通量方面的限制。该方法减轻了由逆莱顿弗罗斯特效应引起的冷却损失，与传统液滴玻璃化相比，使冷却和复温速率提高了近一个数量级，同时将通量提升了两个数量级。为检验该系统的有效性，我们仅使用19–25 wt%（2.5–3.7 M）的渗透性冷冻保护剂，对人诱导多能干细胞、猪红细胞和人真皮成纤维细胞进行冷冻气溶胶化和复温；结果显示，人真皮成纤维细胞和人诱导多能干细胞的复温后存活率均超过90%，红细胞回收率达到94%，此外还进一步证实人诱导多能干细胞保留了集落形成能力。该研究展示了首个可扩展的、基于玻璃化的冷冻保存方法，该方法能够在满足下一代细胞疗法所需高通量处理要求（>100 mL/h）的同时，实现高冷却速率（约200,000 K/min）和高复温速率（约1,000,000 K/min）。

细胞疗法在治疗癌症、神经系统疾病、器官衰竭、糖尿病及其他疾病方面具有变革性潜力，但其在临床中的广泛应用受到缺乏可规模化低温保存方法的限制，而这些方法需要在复温后仍能维持较高的细胞存活率。当前采用缓慢冷冻的标准做法可能导致细胞死亡和细胞功能受损。玻璃化提供了一种替代方案，即通过足够快速地冷却样品以完全绕过冰形成，从而更好地保存细胞结构和功能。过去，玻璃化所需的高冷却和高复温速率通常是通过将微升级样品直接淬入对流冷却浴和复温浴中来实现的。在此，我们提出了一种低温保存平台，通过将振动孔口气溶胶发生器与冲击式锥形喷嘴相结合，在液氮中于飞行过程中生成并限域微米尺度液滴，从而克服了现有系统在通量方面的限制。该方法减轻了由逆莱顿弗罗斯特效应引起的冷却损失，使冷却和复温速率相较于传统液滴玻璃化提高了近一个数量级，同时将通量提高了两个数量级。为检验该系统的有效性，我们仅使用19–25 wt%（2.5–3.7 M）的可渗透性冷冻保护剂，对人诱导多能干细胞、猪红细胞和人真皮成纤维细胞进行了低温气溶胶化保存和复温；结果显示，人真皮成纤维细胞和人诱导多能干细胞的复温后存活率均超过90%，红细胞回收率达到94%，并且进一步证明人诱导多能干细胞保留了集落形成能力。这项工作展示了首个可规模化的基于玻璃化的低温保存方法，该方法能够在维持下一代细胞疗法所需高通量处理能力（>100 mL/h）的同时，实现高冷却速率（~200,000 K/min）和高复温速率（~1,000,000 K/min）。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.24.740597v1?rss=1

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