將活體組織長時間暴露在冰點以下溫度中可能會造成無法彌補的損害。微小的冰晶會撕裂細胞並奪取水分,導致捐獻器官不適合移植。因此,器官只能在手術前冷藏幾個小時。但是,一組持久耐用的新型防凍化合物(類似於在特別耐寒的動物中發現的那些化合物)可以延長器官的保質期。
英國華威大學的科學家們受到某些北極魚、林蛙和其他生物體內蛋白質的啟發,這些蛋白質可以防止血液凍結,使它們能夠在極寒的環境中茁壯成長。之前的研究表明,這些天然防凍分子可以在零下 1.3 攝氏度的條件下將大鼠心臟儲存長達 24 小時。但是,這些蛋白質提取成本高昂,並且對某些物種具有劇毒。“長期以來,每個人都認為你必須製造看起來與防凍蛋白完全相同的合成替代品才能解決這個問題,”華威大學的化學家馬修·吉布森說,他是這項新研究的合著者。“但我們發現,你可以設計出功能類似於防凍蛋白但不必看起來像它們的新分子。”
大多數天然防凍分子都具有吸引或排斥水的區域拼湊而成。科學家們尚不清楚這一過程究竟是如何阻止冰晶形成的,但吉布森認為,這可能是將水分子拋入推拉混亂狀態,從而阻止它們凝結成冰。為了複製這種機制,他和他的同事合成了螺旋形分子,這些分子主要具有疏水性,但在其中心含有鐵原子,這使得它們具有親水性,即喜水性。在《美國化學學會雜誌》七月刊中描述的由此產生的化合物,在阻止冰晶形成方面出奇地有效。其中一些化合物對秀麗隱杆線蟲 (Caenorhabditis elegans) 也無毒,表明它們可能對其他動物也是安全的。
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“這些模擬物非常酷,因為它們不是蛋白質——它們是其他型別的分子,但仍然可以做到至少一部分天然防凍蛋白所做的事情,”聖約瑟夫山大學的生物學家克拉拉·多·阿馬拉爾說,她沒有參與這項研究。然而,吉布森的防凍化合物仍需要在人體中進行測試,並且可能只是解決方案的一部分。“我們還沒有掌握全貌,”多·阿馬拉爾補充道。“幫助耐凍生物生存的不僅僅是一種神奇的化合物。而是一整套適應措施。”
