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一雙“慧眼”看穿凍卵活性，拉曼光譜的確“靠譜”

健康知識養生常識

導語：脂滴在哺乳動物胚胎和卵母細胞的冷凍保存中起著重要作用 ， 但是低溫對胞內脂滴的影響以及細胞冷凍損傷的相關機制仍不清楚 。 近期 ， 俄羅斯研究團隊利用拉曼光譜技術揭示了細胞中脂質相變不均勻性 ， 證實了拉曼技術在研究脂質不均勻性對生物細胞冷凍保存的影響方面具有可行性 。
在卵細胞冷凍保存過程中 ， 除了與水凍結和冷凍保護劑毒性相關的損傷外 ， 還會發生與細胞結構材料特性的低溫變化相關的損傷 。 細胞的脂質結構 ， 如膜和脂滴易受到低溫損傷 。 在生理溫度下 ， 大多數生物相關脂質處于液態無序相狀態 。 當冷卻至低溫時 ， 脂質轉變為固體狀有序相 。 相變改變了脂質結構的材料特性 ， 包括剛性和擴散速率 。 因此 ， 這種轉變可能會影響不同細胞器中與脂質相關的生物過程 。
當拉曼光譜遇上凍融細胞脂滴：
原位無標記捕捉脂質相變
細胞膜由具有不同熔點的磷脂混合物組成 。 細胞膜的現代模型是基于具有不同脂質組成的脂質結構的假設 ， 有序相態的高熔點脂質結構被形象的稱之為“筏” 。 不同相態的脂質共存平衡在細胞功能調節中起重要作用 。 溫度降低會改變不同脂質相間的平衡 ， 從而破壞膜功能 。 膜特性的變化可能是由于溫度變化 ， 除此之外也可能是由于水溶質效應和形成冰晶的影響 ， 因此膜中的脂質相變（Lipidphasetransition ， LPT）會影響冷凍保存后的細胞活性 。
脂滴（Lipiddroplets ， LDs）是富含脂質的細胞器 ， 在脂質代謝、細胞信號傳導和調節中發揮重要作用 。 LDs的低溫變化會影響哺乳動物卵母細胞冷凍保存后的活性 。 一項實驗證明豬胚胎細胞中LDs在耐低溫特性研究中的作用明顯 ， 即預先進行機械脫水的細胞冷凍保存后在體外繼續發育的存活率從0%提高到50%以上 。 與磷脂膜類似 ， LD在細胞冷凍過程中會發生LPT 。 通過與細胞膜進行類比 ， 可以假設細胞質內LDs不是在特定溫度的單一熔點下發生LPT ， 而是向不同熔點的脂質逐漸擴散轉變 。 細胞內LD中的LPT可能會干擾細胞功能 ， 但與LD相關的低溫損傷的特定機制仍不清楚 ， 至少到目前為止 ， 尚無明確關于細胞膜和LD在冷凍細胞中脂質空間分離的直接證據 。
紅外光譜技術是研究生物細胞中脂質相態的最常用的實驗方法 ， 拉曼光譜則是另一種探測脂質相態的方法 。 與紅外光譜相比 ， 拉曼散射光譜可在微觀尺度上研究冷凍樣品 ， 并以非接觸、無標記方式進行測量 。 此外 ， 拉曼技術可抗水分子物質峰的干擾 。 此前對卵母細胞以及胚胎中單個LD的拉曼研究表明 ， 與甘油三酯和磷脂系統模型相比 ， 拉曼光譜有相對較高的精度檢測LPT的開始與擴散 。 通過相干反斯托克斯拉曼散射研究揭示白色脂肪細胞中大LD在富含脂肪酸的培養基中培養時會發生脂質相態間的分離 ， 這種現象間接表明不同脂質在不同的溫度下會發生LPT 。
Cryobiology：拉曼光譜技術用于
研究細胞凍融后活性是可行的
2020年8月 ， 俄羅斯科學院自動化和電學研究所團隊在Cryobiology發表題為“Ramanspectroscopyevidenceoflipidseparationindomesticcatoocytesduringfreezing”的研究成果（圖1）[1] 。 研究結果表明在?25°C環境下 ， 脂質在脂滴內會以兩種分離的相態共存 ， 且在檢測空間區域幾微米中具有特定的空間分布 ， 其中的高熔點脂質會分布在脂滴表面附近 ， 而低熔/易熔的脂質分布于內部深處 。 拉曼光譜技術可揭示細胞中脂質相變不均勻性 ， 證實拉曼技術在研究脂質不均勻性對生物細胞冷凍保存的影響方面具有可行性 。
一雙“慧眼”看穿凍卵活性，拉曼光譜的確“靠譜”