生体細胞の凍結・解凍におけるミクロ挙動と生存状態の推定

活细胞冷冻和解冻过程中微观行为和存活状态的估计

• 批准号: 09750221
• 负责人: 多田 幸生
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kanazawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09750221/
• 关键词: 凍結保存; 生体細胞; 生残率; 核生成; 凍結損傷の機序; ミクロ伝熱; ガラス化; 低温保存

生体細胞の凍結保存は低温化と活性水分の低減により生存状態の長期維持を図るものであるが、冷却の過程で各種の機械的・膠質的損傷が生じる。したがって、凍結保存に対する伝熱的研究をおいては、(1)マクロ的な冷却操作、(2)細胞内外での氷晶形成や濃縮を伴う細胞の変形など、細胞レベルでのミクロ挙動、さらには(3)これらの状態のもとで分子レベルでの細胞の生死などの階層を、それぞれ連結することが課題となる。本研究課題はこのような観点から進めるものであり、前年度は主として(2)と(3)の連結に関する実験的な追究を行った。本年度は階層の中位にある(2)について検討し、特に細胞内の氷晶形成をより高い解像度で記述する速度論を追究すると共に、最終目的である(1)〜(3)を連結したミクロ速度論を展開した。本年度の研究成果は以下のように集約される。(1) 小麦プロトプラストを供試したin vitroな凍結実験を行い、細胞外氷晶が膜表面での不均質核生成を発生させる要因であり、また、細胞膜の収縮はその作用を抑制することが明らかにされた。(2) 膜表面での不均質核生成(Surfec catalyzed nucleation:SCN)モデルに上記の動的因子を組み込んだ細胞凍結モデルが提示され、その有効性が検証された。(3) 各階層に対する記述を連結させ、マクロな伝熱過程を決定する操作パラメータ(冷却速度、凍害防御剤の濃度)ならびに生物試料(膜透過係数、組織体寸法)に対して凍結後の細胞の生残率を得るモデルが構築され、これによりマクロとミクロを連成した輸送現象論の確立が概ね達成された。

活细胞的冷冻保存旨在通过降低温度和降低活性水来维持长期生存状态，但是在冷却过程中会发生各种机械和纤毛损伤。因此，在有关冷冻保存的热研究中，挑战是将诸如（1）宏观冷却操作（（2）细胞水平的微生物层连接起来，例如细胞内外的细胞转化，在细胞内部和外部浓缩，以及（3）在这些条件下细胞在分子水平上细胞的生命和死亡。该研究主题是从这个角度进行的，前一年，我们主要对（2）和（3）的合并进行了实验研究。今年，我们在层次结构的中间检查（2），并追求描述细胞内冰晶形成的动力学，并开发了将最终目标（1）与（3）联系起来的小动物。今年的研究结果总结如下：（1）使用小麦原生质体进行了体外冻结实验，并且发现细胞外冰晶体是导致膜表面上异构成核的因素，并且该细胞膜收缩抑制其作用。 （2）提出了将上述动态因子融合到膜表面上的Surfec催化成核（SCN）模型中的细胞冻结模型，并验证了其有效性。 （3）构建了一个模型，以获得操作参数的冷冻细胞的存活率（冷却速率，冻结剂的浓度）和生物样品（膜通透性系数，组织尺寸），从而将每层描述联系起来，从而将每一层的描述联系起来，从而结合了宏观 - 合格的均良体 - 合并的转运。

项目成果

Y.Hayashi: "Simulation Experiment of Freezing of Biological Tissue" Proceedings of 3rd World Congress of Biomechanics. 180 (1998)

Y.Hayashi：“生物组织冷冻模拟实验”第三届世界生物力学大会论文集。

多田幸生: "生物体凍結のシミュレーション実験" 第34回日本伝熱シンポジウム講演論文集. I. 11-12 (1997)

多田幸雄：“冷冻生物体的模拟实验”第34届日本传热研讨会论文集I.11-12（1997）。

多田幸生: "生体細胞のガラス化におけるミクロ挙動と損傷" 第35回日本伝熱シンポジウム講演論文集. III. 835-836 (1998)

Yukio Tada：“活细胞玻璃化过程中的微生物行为和损伤”第 35 届日本传热研讨会论文集 III 835-836（1998 年）。

Y.Tada: "Heat Transfer and Viability of Cell during Freezing of Biological Tissue" Proceedings of the International Conference on New Frontiers in Biomechanical Engineering. 357-360 (1997)

Y.Tada：“生物组织冷冻过程中细胞的传热和活力”生物力学工程新前沿国际会议论文集。

多田幸生: "生物体凍結における伝熱と細胞の生残" 伝熱研究. 37・145. 13-20 (1998)

多田幸男：“生物体冷冻过程中的传热和细胞存活”传热研究 37・145（1998）。