[发明专利]用于温度和压力控制的低温保存的方法和装置

说明书

本公开提供了用于通过使用等容系统对样品进行温度和压力控制的低温保存的方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求35U.S.C.§119下于2017年8月11日提交的临时申请No.62/544219的优先权，此处通过引用将该申请的公开并入。

技术领域

本公开提供了用于通过使用等容系统对样品进行温度和压力控制的低温保存的方法。

背景技术

生物材料在冰点以下的温度的长期保存(低温保存)已经变得对许多医学应用必不可少；从临床应用(诸如冷冻卵母细胞的保存)到诺贝尔奖启用的研究(诸如秀丽隐杆线虫(C.Elegans)的低温保存)。

发明内容

开发用于在低温温度长期保存生物器官的低温保存技术越来越受关注。迄今为止，温度测量被认为是低温保存方案的设计和控制中最重要的热力学变量。在单相系统中，需要两个热力学性质来定义系统。在低温保存中，通常假设压力是等压的(恒定的)，并且体积是恒定的。然而，该假设未得到验证，并且在低温保存方案中，不监测压力和体积。压力和体积可能根据容器的构造和所用的容器材料而变化。

此处提供了指示更可靠手段的研究结果，该手段用于通过测量并监测系统的温度和压力这两者，来设计并控制低温保存方案。具体地，使用装有监测压力和温度的装置的等容(恒定体积)系统，检查纯水到-180℃的冷冻和解冻。结果表明，在冷冻和解冻期间测量温度和压力提供冰的热力学状态的精确洞悉。例如，出乎意料地发现，在-30℃下的压力显著高于三相点，并且从-40℃到-180℃形成的冰是冰I，而不是冰II或III。

通过玻璃化(玻璃形成)进行低温保存是低温保存的极大关注领域。通过测量具有不同浓度的二甲亚砜(DMSO)(低温保存中受关注的化合物)的纯水的压力和温度，发现压力测量可以提供一种简单的手段，该手段获取有关低温保存过程期间的玻璃化和反玻璃化的发生信息。此处提出的数据提供了明显的证据，证明将压力测量添加到温度测量是低温保存方案和方法的设计、优化以及控制中的重要工具。

本公开提供了用于冷冻样品的方法和系统。本公开提供了一种用于样品的低温保存的过程，该过程包括：将生物样品放置在等容系统中；降低等容系统的温度，直到达到生物样品的冰点以下的温度为止，其中，温度以受控方式来降低，该受控方式包括：

(i)冷却生物样品，直到达到第一温度为止；(ii)将样品在第一温度维持特定时间段，使得在第一温度达到压力和温度的热力学平衡；(iii)在X个温度重复步骤(i)和(ii)，直到达到生物样品的冰点以下的温度为止，其中，X为2或更大的整数。在一个实施方式中，X为4或更大的整数。在另一个实施方式中，X为6或更大的整数。在前述实施方式中的任意一个的又一个实施方式中，对于(ii)，将样品在温度下维持从约1分钟至约1小时选择的时间段。在另外实施方式中，对于(ii)，将样品在温度下维持约30分钟。在前述实施方式中的任意一个的又一个实施方式中，生物样品的冰点以下的温度是-20℃或更低。在另外实施方式中，生物样品的冰点以下的温度是-80℃或更低。在又一个实施方式中，生物样品的冰点以下的温度为-135℃或更低。在又一个实施方式中，生物样品的冰点以下的温度为-135℃至-210℃。在前述实施方式中的任意一个的另外实施方式中，生物样品是一种或多种生物分子、一种或多种细胞成分、一种或多种细胞、一种或多种病毒、一种或多种胚胎、一种或多种组织、一个或多个器官或整个生物体。在另外实施方式中，一种或多种生物分子选自氨基酸、寡肽、多肽、蛋白质、核碱基、核苷酸、核苷、寡核苷酸、多核苷酸、核酸、单糖、寡糖、多糖、碳水化合物、脂肪酸、蜡、固醇、单甘酯、甘油二酯、甘油三酯、磷脂质、代谢物、维生素、激素、类固醇或前述的任意组合，其中，一种或多种生物分子可以是天然存在的生物分子、可以是合成制造的、或其组合。在又一个实施方式中，一种或多种细胞是雄性生殖细胞或雌性生殖细胞。在另一个实施方式中，整个生物体是原核生物体。在又一个实施方式中，整个生物体是真核生物体。在前述实施方式中的任意一个的另一个实施方式中，生物样品还包括一种或多种低温防护剂。