劉寶林教授講座知識點回顧-低溫生物醫(yī)學技術
引言
隨著生物藥特別是細胞治療/抗體藥的不斷出新，高質量的生物樣本包括細胞的存儲的重要性愈發(fā)凸顯，作為其理論基礎的低溫生物學愈受重視。
近期，由中國衛(wèi)生信息與健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)學會細胞生物資源與醫(yī)藥創(chuàng)新聯(lián)合會主辦，原能細胞科技集團、bioSeedin柏思薈承辦的“細胞生物資源與醫(yī)藥創(chuàng)新”主題系列講座活動首輪講座，在原能細胞產(chǎn)業(yè)園多媒體報告廳圓滿落幕。
本期學術講座特邀上海理工大學醫(yī)療器械與食品學院院長——劉寶林教授為主講嘉賓，其主題為"低溫生物醫(yī)學基本原理、技術及設備"。劉教授以生動形象的低溫生物現(xiàn)象和詳實可靠的低溫實驗數(shù)據(jù)，為現(xiàn)場及線上200余位觀眾帶來一場精彩紛呈的學術講座。
劉寶林教授講座現(xiàn)場
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1、適當?shù)牡蜏貙ι欣?/strong>
活在寒帶的人的平均壽命比生活在熱帶的人長10到30歲，前者每10萬人口百歲老壽星的數(shù)量是后者的10倍以上。來自美國、日本、俄羅斯等國的醫(yī)療情報指出，在一定范圍內(nèi)降低體溫，確實有延年益壽的作用。醫(yī)學專家還預測，如果一個人每晚睡覺前的體溫能下降5℃,則該人的壽命可延長50%。面對這一預測的巨大誘惑力， 美國的生化學家時特魯博士試制了一種供人睡眠用的特制冷房，晚上睡眠時可使人的體溫降低10°C以上，而翌晨冷房里氣溫會自動回升，人起床后的體溫會很快恢復正常，并不影響工作、生活和學習。
2、人的體溫降低2 ~ 3.5°C，人的壽命可能延長1倍以上
科學家發(fā)現(xiàn)當人的體溫降低3°C,體內(nèi)的代謝率就可降低一半，機體的耗氧量僅為正常體溫下的50%。由此推算,若能將人的體溫降低2 ~ 3.5°C，人的壽命可能延長1倍以上。當然，人的體溫不可能隨意降低或升高，也未找到降低體溫的安全方法,但可以借助一些特殊的鍛煉方法來達到目的，比如冷水浴、冬泳等。
3、低溫體為什么會長壽
醫(yī)學研究證實，體溫與基礎代謝率有著密切的關系。體溫下降，代謝率也下降，當體溫降到30°C時，人的代謝率可降低一半， 機體的氧的消耗量也為正常體溫時的一半。
4、低溫生物學：研究在低溫下生物體的科學
研究低溫對生物的影響及其應用的生物學分支學科。通常所謂低溫是指0°C左右，深低溫一般指-80°C以下。低溫生物學過去主要研究植物的凍害以及細菌和昆蟲對低溫的耐性等。20世紀以來，開始了對生物材料的低溫處理研究，工作逐漸進入了細胞和分子的水平，研究成果被廣泛應用于生物制品，家畜精子以及人的某些器官，特別是細胞、組織和器官的低溫保存。
5、低溫生物醫(yī)學=低溫生物學+低溫醫(yī)學
低溫醫(yī)學：低溫對人類生命過程的影響，以及低溫在醫(yī)學中的應用。包括：人的凍傷與防凍;低溫麻醉等；細胞、組織、器官的低溫保存；低溫臨床手術等。
6、凍存過程中細胞的損傷
分為胞內(nèi)冰損傷和溶質損傷，與細胞內(nèi)的水分子，細胞膜種類，保護劑等息息相關
7、影響生物體低溫保存的因素
組織樣本保存前的處理過程、保存方法、保存條件及時間等都會影響樣本質量，乃至有用信息的改變。因素：低溫保護劑（CPA）；冷卻速率；冰晶；機械應力
8、傳統(tǒng)樣本存儲模式瓶頸
傳統(tǒng)的生物樣本存儲模式，大多手工操作，不單會導致操作標準不一，而且會存在樣本常溫曝露、反復凍融、交叉污染，結霜生凍，信息難以追溯等風險，
9、自動化低溫生物樣本存儲設備的優(yōu)勢
以原能細胞自主研發(fā)的全自動深低溫生物樣本存儲設備為例。這些產(chǎn)品，一方面避免了人工操作的誤差，更重要的是能做到對樣本的全流程深低溫保護，從采集、制備、程序降溫到入庫、出庫、復蘇等各環(huán)節(jié)都能保證樣本處于低溫環(huán)境，保障樣本的安全和質量，而且可以全流程追溯每個環(huán)節(jié)操作信息，對臨床和科研來說，意義重大。而且自動化設備可大規(guī)模存儲樣本，提升工作效率，同時避免低溫凍傷風險，是未來生物樣本庫發(fā)展的主流方向。
10、兩步冷凍法
先將細胞放在含有抗凍劑的溶液中進行預處理，接著用程序降溫儀將上述細胞連同溶液以較慢的速度降溫，細胞外溶液中的水分結冰使溶液的濃度升高，胞內(nèi)的水分透過細胞膜向外滲出，細胞體積收縮，胞內(nèi)溶液濃度提高。到一定的低溫時,快速降溫至液氮溫度，并長期保存在此溫度下。
11、玻璃化保存
含有高濃度的抗凍保護劑溶液(6mol/L以上)分步加載入細胞后，在0°C以上溫度直接投入液氮的急速冷卻過程中，液體的粘度增加，當粘度達到臨界值時發(fā)生凝固化。
12、實現(xiàn)精準醫(yī)療需要生物樣本庫的支撐
通過基因組、蛋白質組等組學技術和醫(yī)學前沿技術,對于大樣本人群與特定疾病類型進行生物標記物的分析與鑒定、驗證與應用。從而精確尋找到疾病的原因和治療的靶點，并對一種疾病不同狀態(tài)和過程進行精確分類,最終實現(xiàn)對于疾病和特定患者進行個性化精準治療的目的,提高疾病診治與預防的效益，這就需要有高質量的生物樣本/數(shù)據(jù)庫。
13、低溫生物醫(yī)學技術的臨床價值
隨著制冷技術在生物醫(yī)學工程領域的廣泛應用，低溫生物醫(yī)學技術在臨床和商業(yè)領域發(fā)揮著日益重要的作用,并逐漸形成一個技術和產(chǎn)業(yè)群，具有重要的產(chǎn)業(yè)價值和學術意義。在21世紀飛速發(fā)展的信息技術和工業(yè)技術的帶領下，諸多低溫生物醫(yī)學儀器和設備得以成功研制并完善，有力的推動了整個學科的快速發(fā)展，帶來了新的技術突破，并形成諸多的新興產(chǎn)業(yè)。……
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Tips：
劉寶林教授：
上海理工大學醫(yī)療器械與食品學院院長教育部現(xiàn)代微創(chuàng)醫(yī)療器械及技術工程研究中心副主任
中國醫(yī)藥生物技術協(xié)會組織生物樣本庫分會低溫生物學組組長
上海市低溫生物醫(yī)學技術服務平臺主任
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