誘導性多能幹細胞 (iPSCs) 技術，自2006年山中伸彌教授首次成功將成熟體細胞重編程為具有胚胎幹細胞特性的細胞以來，已徹底改變了再生醫學和疾病建模領域。iPSCs 具有無限增殖和分化成任何類型體細胞的潛力，使其成為疾病研究、藥物開發和細胞治療的強大工具。然而，iPSCs 的長期儲存和復甦，即從培養皿到冷凍庫再回到培養皿的過程，仍然面臨著一些挑戰，影響著其在臨床應用中的廣泛使用。
iPSCs 冷凍保存的重要性
iPSCs 的冷凍保存，或稱低溫保存，對於建立細胞庫、確保實驗的可重複性以及降低細胞培養的成本至關重要。一個良好建立的 iPSC 細胞庫，可以為研究人員提供穩定的、標準化的細胞來源，避免因長期培養而產生的細胞特性改變。此外，冷凍保存允許研究人員在需要時復甦細胞，避免了持續培養的需要，從而節省了時間、資源和人力。
冷凍保存的挑戰
儘管 iPSCs 的冷凍保存已成為常規操作，但仍然存在一些挑戰。首先，冷凍和解凍過程可能對細胞造成損傷，導致細胞存活率降低和細胞功能受損。冰晶的形成、滲透壓的變化以及細胞膜的損傷都可能導致細胞死亡。其次，不同的 iPSC 係對冷凍保存的敏感性可能不同，需要針對不同的細胞係優化冷凍保存方案。第三，長期冷凍保存可能導致 iPSCs 的基因組和表觀基因組發生改變，影響其分化潛能和細胞特性。
優化冷凍保存方案
為了提高 iPSCs 的冷凍保存效率，研究人員已經開發了多種優化方案。常用的冷凍保護劑包括二甲基亞碸 (DMSO) 和甘油。DMSO 是一種有效的冷凍保護劑，但其毒性可能對細胞產生不利影響。因此，一些研究人員正在探索使用其他冷凍保護劑，如海藻糖和聚乙二醇 (PEG)，以降低細胞毒性。此外，控制冷凍和解凍的速度對於減少冰晶的形成至關重要。通常建議使用程序性冷凍儀，以確保細胞以受控的速率降溫。快速解凍可以減少冰晶的重結晶，從而提高細胞存活率。
冷凍保存後的細胞特性評估
在 iPSCs 冷凍保存和復甦後，必須對細胞的特性進行評估，以確保其多能性和分化潛能沒有受到影響。常用的評估方法包括：
細胞存活率和增殖能力：
通過臺盼藍染色或流式細胞術測定細胞存活率，並通過細胞計數或MTT 試驗評估細胞增殖能力。
多能性標記物的表達：
通過免疫螢光染色或流式細胞術檢測多能性標記物，如 Oct4、Sox2 和 Nanog 的表達。
體外分化能力：
通過胚狀體形成試驗或定向分化試驗評估 iPSCs 分化成三胚層細胞的能力。
基因組和表觀基因組穩定性：
通過核型分析、基因組測序或 DNA 甲基化分析評估 iPSCs 的基因組和表觀基因組穩定性。
結論與研判
iPSCs 的冷凍保存是其廣泛應用於研究和臨床的關鍵步驟。儘管現有的冷凍保存技術已經相當成熟，但仍然存在一些挑戰，需要不斷優化。未來的研究方向包括開發更有效、更安全的冷凍保護劑，優化冷凍和解凍的程序，以及建立標準化的細胞特性評估方法。隨著技術的進步，iPSCs 將在再生醫學、疾病建模和藥物開發等領域發揮更大的作用。目前，研究人員應根據具體細胞系和應用需求，仔細選擇和優化冷凍保存方案，並對冷凍保存後的細胞特性進行全面評估，以確保 iPSCs 的質量和可靠性。
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原始資料來源: GO-AI-6號機 Date: December 18, 2025