디메틸 설폭사이드(DMSO) 는 세포 동결 보존에서 가장 흔히 사용되는 투과성 동결 보호제로서, 세포의 저온 저장에 대체할 수 없는 핵심적인 역할을 합니다.
핵심 작용 기전:
1. 얼음 결정 형성 방지(주요 기능)
핵심 원리: 세포 내 얼음 결정은 세포막과 세포소기관을 찌르거나 손상시켜 세포 사멸을 초래할 수 있습니다. DMSO는 어는점을 낮추고 얼음 결정 형성을 줄여 세포를 보호합니다.
(1) 어는점 낮추기: DMSO세포막을 빠르게 투과하여 물 분자와 결합하고 세포 내 용액의 어는점을 낮춥니다.
(2) 얼음 결정 억제: 동결 과정에서 얼음 결정 형성을 줄여 날카로운 결정이 세포막과 세포소기관을 찌르지 못하게 합니다.
(3) 유리화: 저온에서 물이 유리 상태(비결정성 고체 상태)를 형성하도록 촉진하여 물리적 손상을 완화합니다.
2. 삼투압 균형 유지
(1) 수분 대체: DMSO 세포 내 수분을 부분적으로 대체하여 동결 시 세포 탈수로 인한 급격한 부피 변화를 줄입니다.
(2) 삼투압 완충: 다른 배지 성분(예: 소태아혈청)과 시너지 효과를 발휘하여 동결-해동 과정에서의 삼투 충격을 완충합니다.
(3) 수축/팽창 방지: 삼투 불균형으로 인해 세포가 수축하거나 팽창하여 파열되는 것을 방지합니다.
3. 세포막 및 단백질 구조 보호
(1) 세포막 안정화: 막 지질과 상호작용하여 안정적인 지질 이중층 구조를 형성함으로써 저온에서 유동성 감소로 인한 막 파열을 방지합니다.
(2) 단백질 변성 방지: 동결 중 전해질 농도 상승과 pH 변화로 인한 단백질 변성을 줄입니다.
(3) 항산화 효과: 항산화 특성을 지니고 있어 동결 과정에서 생성되는 활성산소종(ROS)을 제거하거나 감소시킵니다.
4. 세포 내 이온 농도 증가
(1) 점도 증가: 세포 내 용액의 점도를 높여 물 분자의 이동성을 감소시킵니다.
(2) 동결 과정 지연: 동결 과정을 늦추어 세포가 저온 환경에 적응할 시간을 더 확보합니다.
(3) 손상 감소: 세포 내 얼음 결정 형성을 최소화하여 세포 손상을 줄입니다.
