Molecular mechanisms of natural antifreeze phenomena and their application in cryopreservation

低温保存 防冻剂 抗冻蛋白 化学 自然(考古学) 计算生物学 生物 生化工程 生物化学 细胞生物学 有机化学 工程类 胚胎 古生物学
作者
Lingyu Shi,Chuanbao Zang,Zhicheng Liu,Gang Zhao
出处
期刊:Biotechnology and Bioengineering [Wiley]
标识
DOI:10.1002/bit.28832
摘要

Cryopreservation presents a critical challenge due to cryo-damage, such as crystallization and osmotic imbalances that compromise the integrity of biological tissues and cells. In contrast, various organisms in nature exhibit remarkable freezing tolerance, leveraging complex molecular mechanisms to survive extreme cold. This review explores the adaptive strategies of freeze-tolerant species, including the regulation of specific genes, proteins, and metabolic pathways, to enhance survival in low-temperature environments. We then discuss recent advancements in cryopreservation technologies that aim to mimic these natural phenomena to preserve cellular and tissue integrity. Special focus is given to the roles of glucose metabolism, microRNA expression, and cryoprotective protein modulation in improving cryopreservation outcomes. The insights gained from studying natural antifreeze mechanisms offer promising directions for advancing cryopreservation techniques, with potential applications in medical, agricultural, and conservation fields. Future research should aim to further elucidate these molecular mechanisms to develop more effective and reliable cryopreservation methods.
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