靜磁場對於人類紅血球細胞慢速冷凍之影響

冷凍保存在組織修復和再生醫學占了很重要的一部分，但是目前冷凍保存的技術已經達到了一個瓶頸，現今科技仍然無法成功地冷凍保存複雜的組織或器官。因此許多研究開始尋找外加的物理方式來增進冷凍保存的效率，以彌補傳統冷卻速率與冷凍保護劑的不足之處。本研究的目的是評估靜磁場在慢速冷凍程序中，對人類紅血球的冷凍保護效果。在臨床上，紅血球雖然可以透過添加40%的甘油做為冷凍保護劑，在慢速冷凍下獲得很好的保存效率。但是在解凍後，要將高濃度甘油從紅血球中移除，是昂貴且耗時的一件事。因此本研究將分為三大部分，來探討靜磁場對於紅血球冷凍的影響。第一部分，初步探討冷凍保護劑加上靜磁場暴露對紅血球冷凍的影響，本研究結果發現磁場暴露對紅血球是安全的，且靜磁場也有冷凍保護紅血球的潛力；第二部分，則嘗試以不同強度的靜磁場，來觀察磁場強度對紅血球解凍後存活率的影響，結果發現靜磁場的冷凍保護效果會隨著磁場強度的增加而提升，解凍後的紅血球功能也維持正常；第三部分，我們製作了一台磁性冷凍儀，以實驗來驗證靜磁場的冷凍保護效果，並嘗試探討磁場冷凍保護的機制。關於第三部分的實驗大致如下：我們將人類紅血球細胞添加了減半甘油作為冷凍保護劑，並使用慢速降溫程序搭配0.0 ~ 0.8 T的靜磁場暴露，隨後停留在-80˚C冰庫24小時。並於快速解凍後，進行紅血球的存活率、形態和功能性等分析。為了進一步了解靜磁場可能的冷凍保護機制，對於經過靜磁場暴露的紅血球進行了細胞膜流動性和脫水穩定性的測試。我們的研究結果發現，在慢速冷凍程序中加入0.4 T或0.8 T靜磁場的暴露，解凍後紅血球的相對存活率分別極顯著地增加了10％和20％（p < 0.001）。而經過磁性冷凍後的紅血球在與0 T控制組的比較下，細胞在形態上和代謝物的濃度上都沒有改變。然而，紅血球於靜磁場中，其細胞膜流動性有明顯的下降，但其變化會在紅血球離開磁場後復原。對紅血球的脫水穩定性實驗則發現，當紅血球暴露於0.8 T的靜磁場中，會顯著抑制紅血球的破壞（p < 0.05）。依據這些結果可以推論，0.8 T的靜磁場暴露降低了細胞膜流動性，而提高了紅血球細胞膜的穩定性，並有能力抵抗慢速冷凍程序中脫水所造成的細胞損害。未來可以將此磁性冷凍技術應用於血袋、組織或器官的冷凍保存研究上，而靜磁場將可成為除了降溫速率與冷凍保護劑以外的冷凍參數選擇。