超瞬間レーザー解凍による次世代細胞凍結保存技術の確立とバイオバンキングへの展開

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本研究では，従来のように凍結保護剤により化学的もしくは生物学的に細胞内外の水をガラス化するのではなく，物理的アプローチにより凍結および解凍の速度を究極的に高めることで，様々な細胞に対応可能な凍結保護剤フリーの次世代凍結保存技術を創出することを目指している．この新しい凍結保存技術の確立に向けて，本年度は以下の項目に取り組んだ．1．凍結状態の評価方法の開発：また，蛍光色素の凍結濃縮による自己消光を利用し，凍結液滴がガラス化しているか結晶化しているかを簡易的に判別できる技術を確立した．本手法より，細胞と同濃度のタンパク質を含む液滴のガラス化に必要な冷却速度は毎秒1万度程度であることが分かってきており，この速度は，これまでに推定した細胞の臨界冷却速度とほぼ一致していることが確認できつつある．2．処理細胞数の増加に向けた高密度吐出法の確立：従来の凍結保存法では， 1バイアル当たり100万個程度の細胞が凍結保存可能であるが，本手法は，現状1回の操作で300細胞程度しか凍結できなかった．そこで，伝熱解析結果に基づき，従来200マイクロメートル間隔で格子状に吐出していたものを，75マイクロメートル間隔まで縮小し高密度吐出しても細胞の凍結保存に必要な冷却速度を維持できることを確認した．加えて，細胞濃度を5倍に高め1滴1細胞で吐出できる条件を見出することで，1回の凍結処理あたりの細胞数を300から1万にまで高めることに成功した．また，細胞生存率も，従来と同等であることを確認できつつある．3．レーザ加熱による超瞬間解凍：試料を直接加熱可能なレーザ解凍技術を確立に向けて，レーザ照射系の構築を行った．