Resolusi teka-teki polimer yang mengikat gel untuk kriopreservasi biologis

Detail molekuler dari interaksi antara PVA dan gel (dari simulasi dinamika molekul). Kredit: Universitas Warwick

  • Krioprotektan digunakan untuk melindungi bahan biologis selama penyimpanan beku
  • Mereka harus dikeluarkan saat pencairan dan tidak diketahui berapa banyak yang harus digunakan dan bagaimana sebenarnya mereka menghambat rekristalisasi es.
  • Polimer poli (vinil) alkohol (PVA) adalah penghambat rekristalisasi es yang paling kuat dan peneliti di Universitas Warwick mereka telah mengungkap cara kerjanya.
  • Basis pengetahuan yang baru diperoleh ini memberikan pedoman baru untuk merancang krioprotektan generasi berikutnya

Ketika bahan biologis (sel, darah, jaringan) membeku, krioprotektan digunakan untuk mencegah kerusakan yang terkait dengan pembentukan es selama proses pembekuan. Krioprotektan polimer baru bermunculan, bersama dengan krioprotektan yang sudah mapan, tetapi sebagian besar masih belum diketahui bagaimana tepatnya mereka mengontrol pembentukan dan pertumbuhan es. Hal ini terutama berlaku untuk PVA, polimer sintetis sederhana yang berinteraksi dengan es menggunakan mekanisme yang sekarang telah terungkap pada tingkat atom berkat para peneliti di University of Warwick.

Krioprotektan sangat penting dalam pembekuan bahan biologis untuk mengurangi kerusakan sel yang disebabkan oleh pembentukan es. Rekristalisasi es, yang merupakan proses di mana kristal es yang lebih besar tumbuh dengan mengorbankan yang lebih kecil, adalah salah satu masalah utama yang mempengaruhi protokol kriopreservasi saat ini dan masih sedikit diketahui. Para peneliti di University of Warwick telah menyelidiki bagaimana polimer yang cukup populer dengan potensi untuk digunakan dalam kriopreservasi mengikat kristal es yang sedang tumbuh.

Di koran, “Rincian atomistik dari aktivitas penghambatan rekristalisasi gel PVA‘, diterbitkan di jurnal Komunikasi di alam, Para peneliti di University of Warwick telah menemukan bahwa, bertentangan dengan konsensus yang muncul, rantai polimer poli (vinil) alkohol (PVA) yang lebih pendek atau lebih panjang mengikat es.

Hingga saat ini, komunitas bekerja dengan asumsi bahwa polimer pendek tidak mengikat cukup kuat pada kristal es, tetapi dalam penelitian ini Dr. Sosso dan rekan-rekannya telah menunjukkan bahwa keseimbangan halus antara interaksi pengikatan ini dan volume efektif yang ditempati oleh polimer pada antarmuka dengan es yang menentukan keefektifannya dalam mencegah rekristalisasi es.

Pekerjaan ini menyatukan langkah-langkah eksperimental penghambatan rekristalisasi es dan simulasi komputer. Yang terakhir adalah alat yang sangat berharga untuk mendapatkan pandangan mikroskopis dari proses seperti pembentukan es, karena mereka dapat melihat apa yang terjadi dalam proses yang sangat cepat atau sangat kecil yang sulit untuk dilihat bahkan dengan menggunakan teknik eksperimental yang paling canggih.

Karya ini memberikan penerangan baru pada prinsip-prinsip dasar di jantung rekristalisasi es, yang menetapkan prinsip-prinsip desain yang dapat digunakan secara langsung untuk merancang krioprotektan generasi berikutnya. Pencapaian ini merupakan bukti kekuatan dari apa yang dikenal sebagai “Team Ice” di Warwick, jaringan kolaboratif yang berkembang dengan potensi untuk memberikan dampak besar pada banyak aspek pembentukan es, dari ilmu atmosfer hingga kimia obat.

Fabienne Bachtiger, seorang mahasiswa doktoral yang bekerja di kelompok penelitian Dr. Sosso (Jurusan Kimia) yang mengarahkan pekerjaan ini, menjelaskan:
“Kami telah menemukan bahwa bahkan rantai PVA yang cukup pendek, yang hanya berisi sepuluh unit polimer, mengikat gel dan kopolimer kecil PVA juga mengikat. Penting bagi komunitas eksperimental untuk mengetahui hal ini, karena hingga sekarang ini bekerja dengan asumsi yang berbeda. Faktanya, ini berarti bahwa kita dapat berhasil menggunakan polimer yang jauh lebih kecil daripada yang diperkirakan sebelumnya. Ini adalah informasi penting untuk membantu mengembangkan krioprotektan baru yang lebih aktif. ”

Dr. Gabriele Sosso, dari Departemen Kimia di Universitas Warwick, yang memimpin upaya komputasi besar-besaran untuk menyelidiki pembentukan es dalam materi biologis, mencatat bahwa:
“Dengan kontribusi ini kami telah menambahkan bagian penting pada teka-teki tentang bagaimana tepatnya bagaimana krioprotektan polimerik berinteraksi dengan kristal es yang tumbuh. Ini adalah bagian dari rangkaian pekerjaan komputasi dan teoretis yang lebih luas yang dilakukan oleh kelompok saya dengan maksud untuk memahami bagaimana krioprotektan bekerja pada tingkat molekuler, untuk mengidentifikasi prinsip-prinsip desain yang dapat diselidiki oleh rekan eksperimental kami secara langsung. Warwick adalah tempat yang tepat untuk meningkatkan pemahaman kita tentang es dan karya ini menunjukkan dampak kolaborasi yang sangat menarik antara kelompok penelitian saya dan kelompok Gibson. ”

Profesor Matthew Gibson, dari Jurusan Kimia dan Fakultas Kedokteran Warwick di Universitas Warwick, menambahkan: “Rekristalisasi es merupakan tantangan nyata dalam kriobiologi, yang menyebabkan kerusakan pada sel, tetapi juga pada makanan, pembekuan, atau infrastruktur. Memahami bagaimana polimer “sederhana” ini bekerja untuk mengontrol rekristalisasi es adalah langkah maju yang besar dalam menemukan krioprotektan baru dan akhirnya menggunakannya di dunia nyata. “

Referensi: “Rincian Atomistik Aktivitas Penghambatan Rekristalisasi Es PVA” oleh Fabienne Bachtiger, Thomas R. Congdon, Christopher Stubbs, Matthew I. Gibson, dan Gabriele C. Sosso, 26 Februari 2021, Komunikasi tentang Alam.
DOI: 10.1038 / s41467-021-21717-z

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

“Doodle Ringan” Nyata dalam Waktu Nyata

Para peneliti di Tokyo Metropolitan University telah merancang dan menerapkan algoritme yang disederhanakan untuk mengubah garis yang digambar secara bebas menjadi hologram pada CPU...

Teleskop Webb NASA menyertakan tabir surya seukuran lapangan tenis untuk perjalanan jutaan kilometer

Kedua wajah tabir surya James Webb Space Telescope dinaikkan secara vertikal untuk mempersiapkan pelipatan lapisan tabir surya. Kredit: NASA / Chris Gunn Insinyur bekerja...

Mineralogi Hangat Global Mengelola Pusat Perlindungan Kehidupan Batin

Tim lapangan DeMMO dari kiri ke kanan: Lily Momper, Brittany Kruger, dan Caitlin Casar mengambil sampel air yang meledak dari toilet DeMMO. Pendanaan:...

Genom manusia modern tertua, direkonstruksi menggunakan DNA tengkorak berusia 45 tahun

Tengkorak dari Gua Zlatyk dekat Praha ini adalah milik orang modern paling awal yang diketahui di Eropa. Penulis: Marek Jantach Tengkorak fosil seorang wanita...

Peralihan rahasia yang luar biasa terbuka yang dapat merevolusi pengobatan serangan jantung

Para peneliti di Victor Chang Institute for Heart Research di Sydney telah menemukan gen baru yang penting yang kami harap dapat membantu jantung manusia...

Newsletter

Subscribe to stay updated.