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。

Freezing and preservation of living cells are characterized by low temperature, low active water content, long-term maintenance of living conditions, and various mechanical and colloidal damages during cooling. The research on heat transfer in frozen storage includes: (1) cooling operation of cells;(2) crystal formation and concentration in and out of cells;(3) molecular state of cells; and (4) cell life and death. This research topic is about the investigation of the relationship between the two factors in the previous year This year, the intermediate position of the hierarchy is discussed, and the formation of crystal in the cell is described. The speed theory is investigated. The final goal is (1)~(3). The research results of this year are as follows: (1)The main reasons for the formation of heterogeneous nuclei on the surface of extracellular crystals and the inhibition of the contraction of cell membranes are as follows: (2)Surfec catalyzed nucleation (SCN) on the membrane surface indicates that there are some active factors in cell freezing. (3)Each layer describes the process of heat transfer, determines the operation parameters (cooling rate, concentration of freezing protection agent) and biological samples (membrane transmission coefficient, tissue size method), and establishes the transport phenomenon theory.

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）。