将活体组织长时间暴露在冰点以下,会导致不可逆损伤。微冰晶会破坏细胞结构,使细胞失水,供体器官无法用于移植。因此,器官冷却后几个小时内就要进行移植手术。不过,一系列新型防冻剂的出现,或许可以延长器官的保质期。这些防冻剂与特别抗寒动物体内发现的物质功能类似。一些北极鱼类、木蛙和其他生物体内有可以防止血液冻结的蛋白质,所以它们在极端寒冷的环境中也能生存。
这使英国华威大学(University of Warwick)的科学家大受启发。曾有研究表明,在-1.3℃的环境中,这些天然的防冻剂分子可以使大鼠心脏保存长达24小时之久。但是提取这些蛋白质费用很高,并且这些蛋白质对于某些物种来说有剧毒。
研究的合作者、华威大学的化学家马修·吉布森(Matthew Gibson)说:“长久以来,大家都认为必须要合成与防冻蛋白一模一样的替代品才行,但我们发现,只要设计出和防冻蛋白有一样功能的新分子就可以,并不需要完全一样。”大多数天然防冻剂分子都同时拥有亲水或疏水基团。科学家不知道防冻剂如何阻挡冰晶的形成,但吉布森推测,它们可能会不断推拉水分子,使其陷入混乱,从而避免凝结成冰。
基于这种原理,吉布森和同事合成了一种螺旋形分子,分子的大部分区域是疏水基团,但中心处有亲水的铁原子。这种物质在防冻方面有着惊人的潜力,相关研究已发表在7月的《美国化学会》杂志上。研究人员已证明,其中有一些化合物对秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)无毒,这表明它们对其他动物也可能是安全的。
美国圣约瑟夫大学的生物学家克拉拉·多拉马拉尔(Clara do Amaral, 未参与此项研究)说:“这些模拟物并非是蛋白质,而是其他类型的分子,但它们却可以发挥一部分天然防冻蛋白的作用,这很酷。”吉布森团队研发的防冻化合物,仍有待在人体中进行测试,而这也可能只是解决了一部分问题。多阿马拉尔补充道:“问题不在于仅仅合成一种给器官防冻的神奇化合物,还在于研究一整套适配的系统。
我们还不知道动物防冻的整个机制。”