低温能抑制生物体内所有的生化活动，从而使生物体内的生化反应速率降低、延长其生物活性时间。
年，英国生物学家波尔热（C.Polge）和史密斯（A.U.Smith）偶然发现精子在甘油溶液中可以经历低温冷冻而不死亡，使低温保存技术登上生物研究的历史舞台。
至今，低温保存技术已广泛应用于人体细胞、组织和器官的短期/长期保存以及动物、植物和微生物种子资源的长期保存。
▲在-℃液氮中冻僵的金鱼“神奇复活”
什么是低温保存？
按照阿伦尼乌斯公式（Arrheniusequation）估算温度对生化反应速度的影响，理论上一生物体在4℃下能保存活性2小时，则其在－40℃下可保存数日，－80℃下可保存数月，－℃下甚至可以保存几个世纪。在－℃的低温下，生物体代谢基本停止，避免了由遗传引起的生物变异。
随着科学技术的发展，越来越多患有现代医学无法医治疾病的人希望通过低温保存自己的身体，在未来医学发达的时候成功复温并使自己的疾病得以治疗，再次获得生命。
▲电影《太空旅客》中的人体冷冻舱
就目前的科技水平而言，实现人体长期的低温保存并复苏的终极目标任重而道远，但低温保存在医学领域仍有着广泛的应用。
人体结构由微观到宏观可以分为细胞、组织、器官、系统与人体五个层次，其中细胞低温保存已经在医学中发挥着重要作用。
细胞的低温保存是指将细胞样本采用合适的降温程序至超低温（一般指-℃液氮温度），并长期储存；复苏时，再将细胞样本按照合适的复温程序恢复至生理温度（37℃），使细胞恢复正常的新陈代谢功能，以满足在需要时进行择期细胞移植。
例如，“冷冻卵子”作为生育力保存的途径之一，已经在辅助生殖技术中扮演着不可或缺的角色。
除了生殖细胞以外，人体细胞种类繁多，如干细胞、免疫细胞、血红细胞等，基于细胞的诊断和治疗等应用技术为及时发现和战胜多种疑难杂症提供了更有力的手段。
因此，将细胞治疗产品进行低温保存越来越受到研究学者的重视。
低温保存不影响MSCs的生物学特性
间充质干细胞（mesenchymalstemcells，MSCs）是一群具有自我更新、高度增殖和多向分化潜能的成体干细胞，在特定的诱导条件下能够分化形成骨细胞、软骨细胞和脂肪细胞等，也可横向分化成多种胚层来源的细胞，如胃肠道上皮细胞、肝细胞、表皮细胞、肺泡、胰腺和神经细胞等。
除了分化潜能外，MSCs还具有低免疫原性，几乎不会引起免疫排斥，而且能对造血恢复、免疫炎症反应和血管发生等发挥着重要的调节作用，同时它还具有归巢能力，这意味着它们可以自动迁移到损伤部位发挥修复效果。
目前MSCs已经在神经系统疾病、心血管疾病、糖尿病、退行性膝骨关节炎及自身免疫性疾病等领域取得了积极的临床研究成果，具有十分广阔的应用前景。
而低温保存后的MSCs是否能够存活并保持其生物学特性是实现其临床应用的重要因素。
年，医院研究团队探讨了低温保存对脐带MSCs体外培养的生物学特性的影响。
他们从脐带组织分离、培养MSCs，取第3代MSCs梯度降温冻存后于液氮深低温（-℃）保存6个月后复苏，并以未经低温保存的第3代MSCs作为对照进行比较。
结果发现，低温保存的MSCs增殖活性、衰老率与未冻存细胞相比差异无统计学意义（P0.05）。低温保存的MSCs表达间充质干细胞的表面标志CD44、CD90和CD，且能够向成骨和脂肪细胞分化。这意味着低温保存复苏后间充质干细胞仍保持良好的体外生长特性和多向分化的潜能。
低温保存基因修饰MSCs有望治疗实体瘤
已完成的试验结果表明间充质干细胞用于多种疾病的治疗是安全和有效的，这些疾病类型包括移植物抗宿主病、脊髓损伤、自身免疫性疾病、心血管疾病、骨及软骨损伤修复、克罗恩病、糖尿病及其并发症等。
但使用未修饰的间充质干细胞治疗癌症非常值得商榷，因为部分研究显示MSCs抑制肿瘤细胞生长，另有研究却显示MSCs能够促进肿瘤的生长和转移。
不过，这不影响将MSCs作为携带细胞毒性或免疫对抗性药物的有效载体进行抗肿瘤研究。
MSCs可向受损伤的组织微环境趋化，同样也能向发生肿瘤恶变的细胞、组织或器官移动、聚集，其趋化性与免疫细胞相似。
年，Hannoniess等发表了利用转基因自体MSCs治疗晚期胃肠道肿瘤I/II期临床试验的研究方案。
在这项方案中，研究者通过改造MSCs来表达自杀基因HSV-Tk，并利用MSCs具有的向肿瘤组织中归巢及定位的特点，将无毒前药激活为其细胞毒性代谢物，然后将其泵出到局部微环境中精准杀死邻近的肿瘤细胞，降低全身副作用。这种MSCs驱动的基因定向酶前药物治疗（又称，GDEPT）为治疗实体瘤提供了新的希望。
为了实现这些研究结果的临床转化与大规模生产普及，必须将研究扩展到低温保存对瞬时、高度过度表达的基因修饰MSC的影响。
尽管过往的实践已证明低温保存技术可以保留未修饰的MSCs的活力和分化潜力。但对于低温保存经过基因修饰的MSC，人们担忧没有基因组整合，低温保存后MSCs的转基因表达可能会减少或丢失；转染试剂可能会损害细胞膜的完整性导致低温保存期间细胞活力降低；显著的外源性表达基因负荷带来的代谢负担会产生不利影响，使细胞更容易受到冻融过程的影响等。
年11月，发表在《干细胞研究与治疗》上的一篇论文为低温保存基因修饰MSCs的应用提供了有力的支持证据。
研究者将基因修饰的犬脂肪来源间充质干细胞低温保存长达11个月，然后将低温保存的基因修饰MSCs的性能与体外新修饰的等效物进行比较，结果低温保存不影响基因修饰的犬脂肪组织衍生的MSCs的转基因表达，细胞活力，粘附，表型谱和迁移。
随后他们通过肿瘤内注射或静脉输注低温保存的基因修饰MSCs，配合5-氟胞嘧啶（5FC）来治疗患有两种不同类型癌症的犬患者。经过治疗的犬患者表现出超过20个月的无进展间隔，这是治疗自发性癌症有效性的证据。
▲低温保存的MSCs在复发性肛周腺瘤贵宾犬患者中的抗肿瘤功效。（A）GDEPT后肿瘤大小减小。（B）在每个治疗周期结束时测量的肿瘤体积。（C）完成GDEPT后4个月的肿瘤进展。（D）肿瘤切除和GDEPT治疗之前和之后12个月的图像
结语：
基于活细胞的诸多生物医学应用迅速发展，开发随时可用的细胞和基因治疗产品是可预见的。低温保存技术是包括间充质干细胞在内的各种细胞应用的重要支撑手段，为细胞产品标准化、体外测定验证和质量控制测试提供时间，为细胞治疗剂量的安全性提供了保证。