揭秘二甲基亚砜DMSO：细胞冻存技术的关键角色与生物医疗低温储存市场规模分析

揭秘二甲基亚砜DMSO：细胞冻存技术的关键角色与生物医疗低温储存市场规模分析

近年来，随着生物医疗低温存储行业的快速发展，DMSO在细胞冻存技术中的应用也越来越广泛。通过采用“慢冻快融”的方法，结合DMSO的保护作用，细胞冻存技术已经能够实现较高的细胞存活率。这不仅为科研工作者提供了更多的实验材料，也为生物医疗领域的发展注入了新的活力。

二甲基亚砜DMSO

定义

二甲基亚砜（Dimethyl Sulfoxide，简称DMSO）是一种含硫有机化合物，化学式为(CH3)2SO；常温下为无色无臭的透明液体，具有高极性、高沸点、热稳定性好、非质子性、能与水混溶；DMSO能溶解多种有机和无机物质，包括一些难以溶解的药物。

应用

DMSO在各个领域都有广泛应用，以优越的溶解性在工业中作为溶剂使用；在科研实验中常用于溶解难以溶于其他溶剂的化合物，进行冷冻保存细胞和组织。由于对多种药物具有渗透性，在医疗领域DMSO可以作为药物载体，帮助药物穿透皮肤和其他生物屏障，同时具有消炎、止痛、利尿、镇静和促进伤口愈合等作用。

DMSO与细胞冻存

DMSO与细胞冻存原理
细胞冻死的真正原因不是低温，而是细胞内水分的冻结。在冷冻过程中，细胞内的水分会结冰，这会导致细胞受到双重伤害，相反低温可以减缓甚至暂停细胞生命活动，从而达到冷冻保存的效果。

• 伤害一：细胞被冻死的首要原因是细胞内水结冰, 这个过程称为冰晶的形成，这些冰晶边缘非常尖锐，在结冰的过程中非常容易造成各种生物膜破坏，进而导致细胞死亡。
• 伤害二：水结冰导致的物理现象会引起体积膨胀，导致细胞可能会因为渗透压的急剧变化而破裂，另外冰晶形成后细胞内各种物质在空间上发生位移，蛋白变性或功能上失去活性。在体积膨胀的过程中，细胞膜破裂可能性也很大。

DMSO与细胞冻存步骤
DMSO可广泛应用在人、动物细胞株等低温防护中。

慢冻快融与细胞冻存

• 慢冻：通常使用-1°C至-2°C/分钟的降温速率，直至达到-80°C左右，然后转移至液氮（-196°C）进行长期保存。目的是让细胞内的水分有足够的时间从细胞内渗出到细胞外，从而减少细胞内冰晶的形成，DMSO作为冷冻保护剂，可以渗透细胞膜，与细胞内的水分子结合，降低冰点，减少细胞内水分结冰，同时减少由于水分流失导致的细胞体积缩小。
• 快融：将冷冻管从液氮中取出后，立即放入37°C至40°C的水浴中快速解冻，直到冷冻培养基完全融化。快融的目的是迅速提高细胞的温度，以最小化DMSO的毒性效应，并促进细胞的快速复苏，解冻后需要尽快将细胞转移到新鲜的培养基中以稀释DMSO的浓度，减少其对细胞的潜在毒性，解冻后的细胞可能需要逐步适应正常的培养条件，避免立即给予过强的生长刺激。

DMSO深低温保存过程中细胞损伤的潜在机制

目前来看，高浓度的冷冻保护剂（如DMSO、乙二醇和高分子量试剂）对细胞有毒，深低温保存细胞损伤的潜在机制如图

图片来源：公开信息整理

减轻DMSO毒性的“3Rs”法则

目前研究人员制定了冷冻保护剂使用的“3Rs”法则，即采用“去除、减少、替换”关键手段，以减轻DMSO潜在毒性作用

• 去除：在解冻的细胞产品中稀释或冲洗
• 减少：降低DMSO浓度或加入其它冷冻保护剂补充较低浓度的DMSO
• 替换：开发新冷冻保护剂，考虑适合临床适用

市场规模+驱动因素

行业痛点

细胞的长期储存是细胞治疗的 “卡脖子环节”，有着巨大的市场机会。

市场规模

中国生物医疗低温存储市场规模

图片来源：沙利文、东吴证券

• 根据Frost & Sullivan和东吴证券研究所《海尔生物（688139）：生物安全全球龙头，物联网与生命科学服务打开成长新空间》显示，中国生物医疗低温存储市场规模在2017年约为 12.36 亿元，预计 2025年为 45.59 亿元， CAGR 为 17.72%；考虑到下游主要应用场景的发展日新月异，市场扩容迅速 ，估计目前国内市场或已达 40-50 亿元；
• 根据智研瞻显示，随着生物制药、细胞治疗和基因编辑等生物技术的快速进展，对高质量低温存储的需求正在不断增长，2018年中国生物医疗低温存储行业市场规模17.66亿元，2023年中国生物医疗低温存储行业市场规模80.88亿元，同比增长35.55%，从各细分市场表现看，生物样本存储板块占据主导地位，在2021年，市场规模已达到15.42亿元。

市场驱动因素

需求端

• 样本安全市场增长：我国2023年人口超14 亿，国家人类遗传资源共享服务平台总样本量约2,100 万份，考虑未接入平台样本库数量有限，估算我国目前总生物样本量不超过5,000 万份，人均样本数不足0.04 份，距离发达国家人均超过1 份的水平仍有较大差距。
• 需求终端机构数量增加：生物样本库建设主体包括政府及高校主导的科研机构、医药研发服务企业、第三方医学实验室等；政府、高校主导的生物样本库储存样本数量在持续增长，医药研发服务企业在化合物合成、新靶点发现、临床试验等过程中需要应用大量高质量的生物样本，第三方医学实验室在进行医学检验过程中会留存大量有价值的生物样本，下游市场的发展将对低温存储设备产生持续的推动。
• 针对医疗低温存储市场产品及相关设备，因大型客户如国家基因库等建设热潮已过，市场需求萎缩；企业客户如药企、医院等采购需求较小，整体需求端增长较为缓慢。

供给端

• 政策推动：2022年1月，工业和信息化部、发展改革委、科技部、商务部、卫生健康委、应急管理部、国家医保局、国家药监局、国家中医药管理局等九部门联合发布了《“十四五”医药工业发展规划》，强调建立稳定的公共卫生事业投入机制，改善疾控基础条件，强化基层公共卫生体系。包括低温存储设备在内的医疗器械设备的需求呈增长趋势；2021年4月15日起实施的《中华人民共和国生物安全法》规范、调整范围包括人类遗传资源与生物资源安全，需要通过建立高质量生物样本库予以保障，生物安全法加速立法或带来我国生物样本库新一轮发展机遇，以《生物安全法》为代表的法规及各项政策的陆续出台，相关的经费投入、体系建设等举措对行业发展起到积极的促进作用。
• 物联网技术推动产业升级：多家国内龙头公司（海尔生物、中科美菱等）将低温存储技术与物联网技术的深度融合，推出物联网血液安全管理、物联网智慧疫苗接种为代表的物联网综合解决方案，在满足基础存储需求的基础上，进一步满足用户智能化、信息化等需求迭代升级；物联网技术的发展将推动生物医疗低温存储市场升级。