新一代玻璃化冷凍解凍液採用HPC及Trehalose

新一代玻璃化冷凍解凍液採用
hydroxypropyl cellulose (HPC)取代human origin albumin (HSA) (SSS)
Trehalose取代sucrose

http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=28317
https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT01745523
http://cryotech-japan.jp/method/

海藻糖（Trehalose）的簡介與特性-上

一、海藻糖的簡介 

海藻糖（Trehalose，α-D-glucopyranosyl α-D-glucopyranoside， C12H22O11，Mw = 342.31），廣泛存在於自然界中的非還原性雙醣分子。其結構是由兩個葡萄糖（D-glucose）單醣，透過α,α-1,1-醣苷鍵結合而成。

此外，仍有其他可能的形式，如：α,β-1,1- 以及β,β-1,1- 等鍵結形成的異構物，但在自然界中的含量非常稀少，自然界存在最多的形式大多以α,α-1,1- 鍵結為主。海藻糖亦廣泛分布在許多生物體中，如細菌、真菌、昆蟲、無脊椎動物以及植物中皆可見到海藻糖的存在。

海藻糖水溶液的性質穩定，不易被酸或α-葡萄糖苷酶（α-glucosidase）水解。海藻糖的熔點為97℃，當溫度上升至130℃時，海藻糖會融化失去結晶水形成無水結晶體，最後無水海藻糖於加熱至203℃時融化。

二、海藻糖的特性

海藻糖的甜度為蔗糖的45%，並且相較於大部份的醣類，海藻糖對熱及pH值有較寬的穩定範圍，因此它是最穩定的醣類之一，它不易與胺基酸或蛋白質作用，因此可避免產生梅納反應（Maillard reaction；褐變）。

海藻糖在生物體中所扮演的角色很多，可以被用來當作一種能量儲存的形式，也是細胞進行生合成所需要的碳源之一，例如昆蟲體內海藻糖可扮演血糖的角色，亦是飛行時的能量來源，在昆蟲的血淋巴（hemolymph）當中，海藻糖含量佔80~89%，昆蟲的特定發育時期，海藻糖占體內總碳水化合物約20%。

海藻糖的功能不僅可穩定蛋白質，也可以協助生物體在不利生存的環境條件下存活。有報導指出，當線蟲（Aphelenchus avenae）在逐漸脫水的時候，最多可將身體乾重的20%轉變成海藻糖。另外，一種生長在沙漠的復甦植物鱗葉卷柏（Selaginella lepidophylla），乾重約含12.5%的海藻糖及1.5%的蔗糖，這種植物可在完全乾燥的情況下，透過復水回到正常的生長狀態。

在低等生物，如古生細菌當中亦可發現海藻糖與細胞在極端逆境中存活的相關性，不論在極熱、極冷、極酸、極鹼或滲透壓的變化等不利的環境條件下大多可見海藻糖的存在。酵母菌培養過程中，當生長曲線由對數期進入穩定期時，細胞內海藻糖的含量也會跟著增加，並且與存活率有關，更多酵母菌對逆境的耐受性研究，如對熱與乾燥壓力下的耐受性、滲透壓逆境等，同樣凸顯海藻糖的重要性。

海藻糖的機制之所以可以在冷凍-解凍、加熱-冷卻或脫水-復水的循環中穩定維持生命系統，很可能與海藻糖的分子構型有關。由分子模擬的研究發現海藻糖可以藉由取代水分子並與生物結構結合，在脫水或冷凍的狀況下穩定生物分子及抑制不可逆的變性。

海藻糖保護分子的機制目前可分為三種：水的取代（water replacement）、玻璃態的轉換（glass transformation）及化學的穩定（chemical stability）。

水分子的取代理論提出，所有的生物大分子通常是由水構成穩定的氫鍵圍繞這些分子。海藻糖分子也帶有如水分子一般的OH基，且兩個D-葡萄糖分子形成的糖苷鍵，相較於其他雙醣類似乎有更大的彈性（flexibility）。這個特性可以讓海藻糖在生物細胞缺水時，仍可由海藻糖替代水的位置，適應大分子不規則的極性基團。

玻璃化的轉換理論則認為，溶液中的糖類可以轉化或保持玻璃態（glass state）而不結晶。海藻糖獨特的特性就在於它可形成一個在高溫及完全乾燥的狀態下仍穩定不吸濕的玻璃態。這樣的特性使得海藻糖的玻璃態比起其他醣類，在極端的環境下更可維持不變。這種玻璃態可支撐生物分子，使生物分子在經過脫水後，仍能夠恢復原來的結構。

海藻糖是化學穩定性最高的醣類之一，以1,1糖苷鍵鍵結的海藻糖為非還原性的醣類，與蛋白質進行交互作用時的化學性質不活潑，而其他大部分的碳水化合物，都會與蛋白質及其他生物分子進行不可逆的交互作用。