科幻电影中经常出现将冻存多年的生命体重新解冻复活的情节，而在生命科学研究中，这样的场景每天都在上演。为了保存细胞的特性和种质资源，实验人员通常将细胞保存在特殊配置的细胞冻存液中，然后将其存放在-196℃的液氮中，使细胞暂时停止生长。当需要使用时，实验人员会从液氮中取出细胞并使其复苏。在这个看似神奇的过程中，我们不禁要问，细胞冻存液是如何保护细胞的生命的呢？
细胞是微小的生命体，与地球上的其他生命体相似，主要由液态的H2O组成。然而，细胞的结构非常复杂，对于任何物理损伤都是致命的。在低于零度的条件下，水会结冰。如果将细胞悬浮在纯水中，随着温度的降低，细胞内外的水分都会结冰，形成的冰晶会破坏细胞膜和细胞器，导致细胞死亡。这种因细胞内部结冰而引起的细胞损伤被称为细胞内冰晶的损伤。如果将细胞悬浮在溶液中，随着温度的降低，细胞外的水分会首先结冰，导致未结冰的溶液中电解质浓度升高。如果细胞长时间暴露在这样高溶质浓度的溶液中，细胞膜上的脂质分子会受到损坏，细胞会发生渗漏。在复温时，大量水分会进入细胞内，导致细胞死亡。这种因保存溶液中溶质浓度升高而导致的细胞损伤被称为溶质损伤或溶液损伤。当温度进一步下降，细胞内外都结冰，产生冰晶损伤。然而，如果在溶液中加入冷冻保护剂，就可以保护细胞免受溶质损伤和冰晶损伤。冷冻保护剂容易与溶液中的水分子结合，降低冰点，减少冰晶的形成，并通过降低未结冰溶液中电解质的浓度来保护细胞，使细胞能够在超低温条件下保存。在复苏时，通常会以较快的速度升温，1-2分钟内恢复到常温，这样细胞内外就不会重新形成较大的冰晶，也不会长时间暴露在高浓度的电解质溶液中，从而避免冰晶损伤和溶质损伤的产生，冻存的细胞在复苏后仍然保持正常的结构和功能。冷冻保护剂对细胞的保护效果还受到冷冻速率、冷冻温度和复温速率的影响，而不同的冷冻保护剂具有不同的保护效果。
甘油或二甲基亚砜（DMSO）是常用的冷冻保护剂，它们具有小分子量、高溶解度和良好的细胞膜通透性。它们可以降低冰点，提高细胞膜对水的通透性，对细胞没有明显的毒性。DMSO能够快速穿透细胞膜进入细胞，降低冰点，延缓冻存过程，并提高细胞膜的通透性和细胞内离子浓度，减少细胞内冰晶的形成，从而减少细胞损伤，达到保护细胞的目的。
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