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生体組織の凍結過程における熱工学的ミクロ構造の究明

生物组织冷冻过程中热工程微观结构研究

基本信息

批准号：
08650235
负责人：
石黒博
金额：
$ 1.6万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
1996
资助国家：
日本
起止时间：
1996 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

生体細胞の凍結保存における細胞の損傷機構や凍結保護物質の保護機構の解明の問題に関連して、マクロな生体材料である細胞懸濁液の凍結過程における細胞まわりの未凍結水溶液や氷の状態などの熱工学的なミクロ構造を解明することが重要である。本研究では、人間の赤血球懸濁液の方向性凝固過程の1)氷結晶の形態特性、2)氷結晶と細胞の相互作用の特性、および、赤血球の凍結・融解後の生存性に対して、ジメチルスルホキシド(細胞膜透過型)やデキストラン(細胞膜非透過型)などの凍結保護物質の種類、および、冷却速度だけでなく、温度勾配とその伝播速度の組み合わせの影響を明らかにした。凍結保護物質を含まない生理食塩水のみの場合には、氷結晶は、主に、平坦な固液界面とセル状構造であり、ほとんどの赤血球は、成長する氷結晶に押し退けられる。温度勾配が小さく、冷却速度が大きい程、平坦界面からセル状界面への遷移、2次アームの発生が促進され、氷結晶の形態は高次化・微細化すると共に、氷結晶による赤血球の押し退けは軽減する。これに対して、いずれの凍結保護物質の添加によっても、等しい凝固条件で、氷結晶は2次アームや3次アームを発生し、高次化・微細化する。また、氷結晶による赤血球の移動はなくなり、氷結晶は赤血球を包み込むように変形しながら成長したり、分岐したりし、氷結晶近傍での氷結晶と赤血球の相互作用の特性は柔軟化する。さらに、温度勾配が小さく、冷却速度が大きい程、氷結晶の形態の高次化・微細化、および、氷結晶と赤血球の相互作用の特性の柔軟化は促進される。赤血球の凍結・融解後の生存率は、等しい冷却速度でも、温度勾配とその伝播速度の組み合わせに依存することを明らかにした。これは、凝固過程の細胞まわりの氷結晶や赤血球の微視的挙動と関連し、氷結晶の赤血球に対する機械的作用が凍結・融解後の生存性に対する影響因子の1つであることを示す。さらに、共焦点レーザー走査顕微鏡と蛍光試薬の併用は、凍結過程における氷結晶と赤血球の3次元的挙動の実時間計測に有益であることを明らかにした。

The problem of understanding the damage mechanism of cells and the protection mechanism of frozen protective substances during freezing preservation of biological cells is related to the important problem of understanding the thermal structure of unfrozen aqueous solutions and the state of unfrozen aqueous solutions of cells and biological materials during freezing process. This study was conducted to investigate the directional coagulation process of human erythrocytes suspension. 1) Morphological characteristics of crystallization; 2) Characteristics of interaction between crystallization and cells; 3) Survival of frozen and thawed erythrocytes; 4) Types of freeze-protecting substances; 5) Cooling rate; 6) Cell membrane permeable type; 7) Cell membrane impermeable type; 8) Cell membrane permeable type; 9) Cell membrane impermeable type; 10) Cell membrane permeable type; 11) Cell membrane permeable type; 12) Cell membrane impermeable type; 13) Cell membrane permeable type; 14) Cell freezing rate; 15) Cell freeze-protecting substance; 16) Cell freezing rate; 17) Cell freezing rate; 18) Cell freezing rate; 19) Cell freezing rate; 1 The influence of temperature distribution and propagation speed on the temperature distribution and propagation speed is obvious. When freezing protective substances contain physiological water, the crystals, the host, the flat solid-liquid interface, the solid structure, the red blood cells, the growth of the crystals, etc. Temperature adjustment is small, cooling speed is large, flat interface, solid interface, migration, secondary failure, crystal morphology is high, fine, common, crystal red blood cell pressure is low. In addition, the freezing protection substance is added in the medium, and the solidification conditions are adjusted. The crystallization is generated in the second and third times, and the crystallization is refined and miniaturized. The characteristics of the interaction between the red blood cells and the crystals are softened by the interaction between the red blood cells and the crystals. In addition, the temperature adjustment is small, the cooling rate is high, the crystal morphology is refined, the crystal morphology is refined, and the interaction characteristics of erythrocytes are softened. The survival rate of red blood cells after freezing and thawing depends on the combination of cooling rate, temperature matching and propagation rate. This is a study of the relationship between the cellular dynamics of the coagulation process and the Weishi app, and the mechanical effects of the coagulation process on the viability of the erythrocyte after freezing and thawing. In addition, the confocal point of view is useful for the measurement of the three-dimensional motion of the red blood cell in the freezing process.