De natuur heeft suikers ontwikkeld, aminozuren, en speciale antivries-eiwitten als cryoprotectanten. Mensen gebruiken organische oplosmiddelen en synthetische polymeren als additieven om te voorkomen dat celculturen bevriezingsschade oplopen. Nutsvoorzieningen, Engelse wetenschappers hebben beide methoden gecombineerd:in werk gepubliceerd in het tijdschrift Angewandte Chemie , ze introduceerden polyproline, een polypeptide gemaakt van het natuurlijke aminozuur proline, als een effectieve cryoprotectant voor monolagen van cellen.

De levende cel is erg kwetsbaar voor bevriezing en ontdooiing. IJskristallen kunnen celmembranen en organellen fysiek beschadigen, en uitdroging kan het osmotische potentieel veranderen met ernstige gevolgen voor de membraan- en celintegriteit. Anderzijds, celculturen worden routinematig bewaard in een bevroren of verglaasde toestand totdat ze nodig zijn in de transplantatiegeneeskunde of voor fundamenteel onderzoek. Voor cryopreservatie, cryoprotectanten zoals dimethylsulfoxide zijn essentieel, maar er zijn grote volumes nodig, en lang niet alle cellen worden teruggevonden na ontdooien.

De natuur levert zijn eigen cryoprotectanten:organismen in ijskoud zeewater produceren antivries-glycoproteïnen om herkristallisatie van ijs te voorkomen. Voor biomedische toepassingen, echter, de beschikbaarheid van antivries-glycoproteïnen is vrij beperkt; Daarnaast, er is altijd de kwestie van immunotolerantie. Er is gevonden dat synthetische polymeren de antivriesactiviteit kunnen nabootsen, maar een op peptiden gebaseerde "volledig natuurlijke" polymere ruggengraat zou aantrekkelijker zijn. Deze biogebaseerde benadering wordt nagestreefd door Matthew Gibson en zijn team aan de Universiteit van Warwick, VK. De wetenschappers stellen polyproline voor, een polypeptide dat alleen gemaakt is van het natuurlijke aminozuur proline, als een veelzijdig alternatief cryoprotectant.

Het aminozuur proline is speciaal onder de natuurlijke aminozuren omdat het geen waterstofbruggen kan vormen met andere structurele delen van het peptide wanneer het in een peptide wordt geïntegreerd. "Hierdoor, het is oplosbaar in water en toch behoorlijk hydrofoob, zoals het geval is voor antivriesproteïne I, " merkten de wetenschappers op. Ze ontdekten dat polyproline enkele kritische oppervlaktepatronen deelt met model-antivries-eiwitten. Deze "'fragmentarische' amfipathische structuur" van polyproline, werd gedacht om de herkristallisatie van ijs bij ontdooien te helpen remmen. Bovendien, het vrije aminozuur proline, de bouwsteen van polyproline, dient op zichzelf als een natuurlijke cryoprotectant; plantencellen overproduceren proline om hun osmotische balans te behouden en zichzelf te beschermen tegen uitdroging.

De wetenschappers probeerden vervolgens de proline/polyproline-combinatie in een testsysteem van hechtende celculturen die werden onderworpen aan vries-dooi-omstandigheden. Eerst, de celmonolaag werd geïncubeerd in een mengsel van oplosmiddel dimethylsulfoxide en proline, daarna werd polyproline toegevoegd. Celherstel na bevriezing was verdubbeld in vergelijking met een regime met dimethylsulfoxide als het enige cryoprotectant. De wetenschappers wezen erop dat hun strategie de blootstelling aan oplosmiddelen tot een minimum kon beperken, waardoor de cellen in een zo natuurlijk mogelijke omgeving blijven. Hoewel verdere analyse zal uitwijzen of alle celfuncties inderdaad behouden blijven, synthetisch polyproline is hier gepresenteerd als een aantrekkelijke, volledig natuurlijke ijsherkristallisatieremmer voor opslag van biologische celculturen.