Графическая абстракция.
Предоставлено: Международное издание Angewandte Chemie (2023 г.). DOI: 10.1002/anie.202217374

Этот эффективный новый режим криозащиты можно использовать для разработки новых и более эффективных криопротекторов для биологических наук.

Криопротекторы предотвращают образование кристаллов льда при замораживании образцов. Растущие кристаллы могут повредить нежные клеточные мембраны и клеточные компоненты и нарушить целостность клеток. Некоторые растворители или полимеры являются хорошими криопротекторами; они контролируют образование кристаллов льда, связывая молекулы воды и нарушая их упорядоченную сборку во время образования льда.

Синтетическая химия имеет в рукаве еще больше хитростей для более эффективного воздействия на образование льда. Металлоорганические каркасы (МОК) представляют собой трехмерные кристаллические сети ионов металлов, связанных органическими лигандами. Эти лиганды могут быть адаптированы для связывания небольших молекул, таких как вода, что позволяет очень точно настроить сборку молекул воды в кристаллы льда.

Вей Чжу из Южно-Китайского технологического университета в Гуанчжоу (Китай) и его коллеги обнаружили, что по мере того, как MOF на основе гафния и органических лигандов становятся тоньше, их способность связывать молекулы воды и влиять на них увеличивается, в основном из-за того, что доступно больше мест для лигандов. Поэтому команда разработала метод контролируемой деконструкции трехмерных металлоорганических каркасов до тех пор, пока не останутся только двумерные тонкие нанослои.

Чтобы проверить пригодность их гафний-МОС (МОС означает металлоорганический слой, чтобы отличить их от трехмерных MOF) в качестве криопротекторов, команда заморозила эритроциты, тип клеток, которые необходимо хранить в больших количествах для медицинских целях, но легко разрушается образованием кристаллов льда. По сравнению с гидроксиэтилкрахмалом (ГЭК), который обычно используется в качестве криопротектора, МОС гафния показали превосходную криозащиту при минимальной концентрации менее 0,1%, тогда как растворы ГЭК обычно используются при концентрациях до 30%.

Чжу и его команда объяснили, что MOL настолько эффективны, потому что нерегулярная двумерная структура лигандов, связывающих молекулы воды, предотвращает образование регулярных зародышей кристаллов льда. Команда предполагает, что уменьшение размеров MOF является интересной новой перспективой для получения высокоэффективных криопротекторов.