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生物樣本庫中用于提取生物大分子的組織樣本一般直接投入液氮，并儲藏在液氮或者-80℃冰箱。目前認(rèn)為低溫下基本不會發(fā)生生物大分子的降解，樣品可以用于各種分子檢測。但是由于RNA與蛋白質(zhì)的不穩(wěn)定性，長時間保存也可能帶來不同程度的降解。
添加低溫保護(hù)劑保存可以使細(xì)胞保持活性，但是由于冰晶損傷、滲透壓損傷及保護(hù)劑等外來物質(zhì)的添加，不可避免會給細(xì)胞帶來一定程度的損傷。這些損傷可以是形態(tài)上的，也可以是功能上的，還可以是細(xì)胞內(nèi)生物大分子的降解或突變等。
低溫對細(xì)胞、組織形態(tài)結(jié)構(gòu)及功能的影響
低溫保存過程中由于冰晶的形成和滲透壓的改變，會引起細(xì)胞膜的受損和皺縮，進(jìn)而也會導(dǎo)致細(xì)胞、組織形態(tài)和功能發(fā)生改變。有大量實(shí)驗(yàn)表明細(xì)胞膜和細(xì)胞器的受損與胞內(nèi)冰晶的形成具有很大關(guān)系。而樣本庫目前采用的直接凍存法會破壞細(xì)胞膜，使細(xì)胞和組織喪失正常的功能，不再加以探討。
低溫對生物大分子的影響
低溫保存技術(shù)對生物大分子的影響直接決定了該技術(shù)能否應(yīng)用于生物樣本庫。只要生物樣本置于低于正常生理溫度的環(huán)境下，都會對細(xì)胞產(chǎn)生寒冷刺激，這種來自外界的刺激會對細(xì)胞正常的生理代謝產(chǎn)生影響，從而影響生物大分子的質(zhì)量或表達(dá)，只是由于溫度高低和時間長短的不同，影響大小會有差異。從分子水平來看，冷凍對膜磷脂、蛋白質(zhì)和核酸的影響是通過改變疏水和親水反應(yīng)決定的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。
低溫對DNA的影響
對生物樣本中DNA的關(guān)注集中在基因信息的完整性與突變。目前認(rèn)為直接凍存法能比較好的保存DNA信息。研究表明生物樣本庫中保存的腫瘤組織保存5年之內(nèi)，DNA分子的完整性與質(zhì)量均未受影響。宋博等采用改進(jìn)后的單細(xì)胞凝膠電泳(SCGE)對-80 ℃條件下保存不同時間的精子DNA進(jìn)行分析，認(rèn)為冰凍對精子質(zhì)量無顯著影響。而Fairbairn等的研究認(rèn)為直接冰凍會使組織DNA受損，但是儲藏時間的延長并不會引起損傷加劇。Ross等的研究則認(rèn)為血液樣本直接凍存在-70℃后再提取DNA比提取DNA后再凍存產(chǎn)量要減少25%。因此直接凍存法對DNA的影響根據(jù)儲藏對象的不同還是存在差異的。
低溫對RNA的影響
直接凍存法與凍存時間對RNA的影響研究也是主要集中在完整性，普遍認(rèn)為保存較長時間后會發(fā)生降解，并且和保存對象的特征有關(guān)。認(rèn)為RNA與蛋白質(zhì)分子在低溫保存1-2年內(nèi)尚不影響癌基因表達(dá)的分析結(jié)果，但低溫保存3年或以上的標(biāo)本中RNA及蛋白質(zhì)均有不同程度降解。路俊鋒研究認(rèn)為直接凍存法(離體30min內(nèi)直接放入-80 ℃冰箱)保存的腦膠質(zhì)瘤組織比瘤周組織RNA的降解程度小，這說明同樣的保存方法對不同組織RNA具有不同的保存效果。Olivier研究表明RNA儲存在-140 ℃，RIN值變化與時間長短之間無顯著關(guān)系。而在-80℃儲藏8個月后，濃度為250 ng/μL時RNA完整性保存完好，而濃度為25 ng/μL時顯著降解。Botling等評估了復(fù)溫對直接凍存的組織樣本中RNA的完整性和基因表達(dá)的影響，認(rèn)為RNAlater能更有效的阻止RNA的降解，而冷凍組織復(fù)溫后30min以上會發(fā)生較大程度的降解，并伴有FOS和BCL-2基因表達(dá)的變化。
低溫對蛋白質(zhì)的影響
低溫對蛋白質(zhì)的影響比較大，有針對酶功能、二級結(jié)構(gòu)、表達(dá)量等多方面的研究，多數(shù)研究還是認(rèn)為低溫會對蛋白質(zhì)帶來一定的影響。
MMP-9(基質(zhì)金屬蛋白酶-9)，是一種在臨床研究中用于檢測心血管風(fēng)險(xiǎn)的標(biāo)志物，Rouy等發(fā)現(xiàn)血漿儲藏在-80℃，MMP-9會隨著時間的延長發(fā)生降解，24個月后下降到65%，43個月后下降到1%。
冷凍時細(xì)胞內(nèi)的蛋白由于暴露在高濃度的溶液中會發(fā)生不可逆的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。蛋白會由于ROS的產(chǎn)生受到自由基影響，還會由于在冷凍復(fù)溫過程中溶酶體膜破裂釋放出的蛋白酶而降解。Feridoun的研究結(jié)果也表明凍存后的肺癌和乳腺癌細(xì)胞表面蛋白表達(dá)量下調(diào)。
一些蛋白質(zhì)可能會在很低的溫度下（＜-80 ℃）保持活性。因此，當(dāng)生物樣本貯存在水還具有流動性且蛋白也具有活性的溫度下時，也會導(dǎo)致其降解。
低溫對脂類的影響
脂類物質(zhì)作為生物標(biāo)記物用于分子診斷等檢測的主要是游離脂肪酸，侯文華等的研究認(rèn)為血清樣本4℃下放置4 h血清游離脂肪酸濃度與即刻結(jié)果無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，而放置8h、24 h、48 h后均明顯升高，-20℃冷凍條件下放置24 h后血清游離脂肪酸濃度與即時結(jié)果之間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，而放置48h后與即時濃度之間有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。
細(xì)胞膜主要是由雙層磷脂膜構(gòu)成，當(dāng)希望保存完整細(xì)胞結(jié)構(gòu)時就必須考慮低溫對脂肪帶來的影響，并且冷凍造成的脂類物質(zhì)的變化可能會導(dǎo)致細(xì)胞生存環(huán)境的變化。
冷凍會改變脂肪的物理狀態(tài)，從而改變其組織結(jié)構(gòu)和流動性，因此細(xì)胞膜的磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化。Wolkers的團(tuán)隊(duì)對冷凍和冷藏時細(xì)胞磷脂膜的損傷做了深入的研究，發(fā)現(xiàn)紅細(xì)胞在4 ℃冷藏5天后，會出現(xiàn)多重急劇的膜相轉(zhuǎn)移，這說明膜磷脂發(fā)生了相分離。
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