Characteristics of Cell Damage and Death under High Temperature Condition and Its Phenomenological Mathematical Model

• Project/Area Number: 21360098
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Thermal engineering
• Research Institution: Kyushu Institute of Technology
• Principal Investigator: ISHIGURO Hiroshi 九州工業大学, 大学院・生命体工学研究科, 教授 (30176177)
• Project Period (FY): 2009 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥19,500,000 (Direct Cost: ¥15,000,000、Indirect Cost: ¥4,500,000); Fiscal Year 2011: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2010: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2009: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000)
• Keywords: 生体熱工学 / 高温ストレス / 温熱ストレス / 細胞損傷 / 死滅モード / 数学的モデル化 / モデル定数 / 温度依存性 / 細胞損傷・死滅 / 数学的モデル / 反応速度論的モデル

Research Abstract

Mathematical modeling to characterize high-temperature stress-induced cell damage and death was developed. For four kinds of models with reaction kinetic formulation, a parameter study of the rate constants of cell damage and death in the models was performed to analyze the model' s characteristics. An experiment was also performed to evaluate the time-series changes in the numbers of live and dead cells. The rate constants and the optimum reaction formula were determined by inverse problem analysis on the basis of experimental data of cell viability. Temperature dependency of rate constants was expressed by an Arrhenius' equation. The results show that the cell damage and death can be described well by the reaction kinetic model.

Research Products

• [Journal Article] Proposal of Reaction Kinetic Model for Cell Differentiation with Cell Growth, Proc (2012)
  • Author(s): UEMURA, M. and ISHIGURO, H.
  • Journal Title: of 2012 Summer Bioengineering Conference Volume: (CD-ROM)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 未分化細胞の増殖を伴う分化の反応速度論的定式化による数学モデルの提案とその神経細胞への適用 (2012)
  • Author(s): 石黒博, 植村真
  • Journal Title: 日本機械学会論文集
  • NAID: 130002050778
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 細胞外凍結による細胞の損傷・死滅の数学モデルの提案と生存曲線の予測(反応速度論的モデル化の展開) (2012)
  • Author(s): 石黒博, 他1名
  • Journal Title: 第49回日本伝熱シンポジウム講演論文集 Volume: (発表確定)
• [Journal Article] 未分化細胞の増殖を伴う分化の反応速度論的定式化による数学モデルの提案とその神経細胞への適用 (2012)
  • Author(s): 植村真、石黒博
  • Journal Title: 日本機械学会論文集(掲載可(2012年3月)) Pages: 1-14
  • NAID: 130002050778
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] PROPOSAL OF REACTION KINETIC MODEL FOR CELL DIFFERENTIATION WITH CELL GROWTH (2012)
  • Author(s): M.UEMURA, H.ISHIGURO
  • Journal Title: Proc.of Summer Bioengineering Conference 2012, ASME (Accepted, March, 2012)
  • NAID: 130005019336
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 温熱ストレス下における細胞の死滅率と損傷関数の関連性 (2011)
  • Author(s): 石黒博, 他1名
  • Journal Title: 第48回日本伝熱シンポジウム講演論文集 Volume: 2 Pages: 505-506
  • NAID: 130005019209
• [Journal Article] 温熱ストレス下における細胞の死滅率と損傷関数の関連性(第2報) (2011)
  • Author(s): 石黒博, 他1名
  • Journal Title: 日本機械学会2011年度年次大会DVD-ROM論文集 Volume: 11-1(DVD-ROM)
• [Journal Article] 未分化細胞の増殖を伴う分化の反応速度論的モデルの提案 (2011)
  • Author(s): 石黒博, 他1名
  • Journal Title: 第48回日本伝熱シンポジウム講演論文集 Volume: 3 Pages: 735-736
  • NAID: 130005019336
• [Journal Article] 反応速度論的モデルに基づく細胞分化特性の数学的記述 (2011)
  • Author(s): 石黒博, 他1名
  • Journal Title: 日本機械学会2011年度年次大会DVD-ROM論文集 Volume: 11-1(DVD-ROM)
• [Journal Article] 二つの死滅モードが共存する場合の細胞損傷・死滅の数学モデルの提案(反応速度論的モデル化の適用) (2010)
  • Author(s): 石黒博, 他1名
  • Journal Title: 第47回日本伝熱シンポジウム講演論文集 Volume: 1 Pages: 165-166
  • NAID: 130004648714
• [Journal Article] ストレス感受性が異なる二種類の細胞が共存する場合の細胞損傷・死滅の数学的モデル化 (2010)
  • Author(s): 石黒博, 他1名
  • Journal Title: 日本機械学会2010年度熱工学カンファレンス講演論文集 Volume: 10-25 Pages: 167-168
• [Journal Article] Time-Series Recrystallization of Ice Crystals during Constant-Temperature Storage of Rapidly Frozen Tissues (2009)
  • Author(s): ISHIGURO, H. and IMAI, H.
  • Journal Title: Cryobiology and Cryotechnology Volume: Vol.56, No.1 Pages: 77-81
  • NAID: 110008662292
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 温熱ストレスによる細胞損傷・死滅の反応速度論的定式化に基づく数学モデルとその特性 (2009)
  • Author(s): 石黒博, 他1名
  • Journal Title: 第46回日本伝熱シンポジウム講演論文集 3 Pages: 719-720
  • NAID: 130005018953
• [Journal Article] 非定常温熱ストレスによる細胞損傷・死滅の予測(反応速度論的数学モデルの適用) (2009)
  • Author(s): 石黒博, 他1名
  • Journal Title: 第46回日本伝熱シンポジウム講演論文集 3 Pages: 717-718
  • NAID: 130005018951
• [Journal Article] 非定常一次元熱伝導加熱による温熱ストレスが誘起する生体内の細胞損傷・死滅の進行の予測 (2009)
  • Author(s): 野澤正和, 石黒博
  • Journal Title: 日本機械学会2009年度熱工学カンファレンス講演論文集 09-33 Pages: 117-118
• [Presentation] 温熱ストレス下における細胞の死滅率と損傷関数の関連性(第2報) (2012)
  • Author(s): 石黒博, 野澤正和
  • Organizer: 日本機械学会2011年度年次大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2012-09-12
• [Presentation] 反応速度論的モデルに基づく細胞分化特性の数学的記述 (2012)
  • Author(s): 植村真, 石黒博
  • Organizer: 日本機械学会2011年度年次大会DVD-ROM論文集
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2012-09-12
• [Presentation] 二因子仮説に基づく細胞外凍結による細胞死滅の反応速度論的モデル化 (2012)
  • Author(s): 石黒博, 野澤正和
  • Organizer: 第57回低温生物工学会セミナー及び年会講演要旨集
  • Place of Presentation: つくば
  • Year and Date: 2012-06-01
• [Presentation] 細胞外凍結による細胞の損傷・死滅の数学モデルの提案と生存曲線の予測(反応速度論的モデル化の展開) (2012)
  • Author(s): 石黒博, 野澤正和
  • Organizer: 第49回日本伝熱シンポジウム講演論文集
  • Place of Presentation: 富山
  • Year and Date: 2012-05-30
• [Presentation] Microscopic Freezing and Thawing Behavior and Post-thaw Viability of Differentiated PC12 Cells (2011)
  • Author(s): UEMURA M. and ISHIGURO H.
  • Organizer: Abstracts of 48th Annual Meeting of Society for Cryobiology
  • Place of Presentation: オレゴン,米国
  • Year and Date: 2011-07-25
• [Presentation] 成熟神経細胞の凍結・融解挙動と生存性 (2011)
  • Author(s): 植村真, 石黒博
  • Organizer: 第56回低温生物工学会セミナー及び年会講演要旨集
  • Place of Presentation: 盛岡
  • Year and Date: 2011-07-08
• [Presentation] 未分化細胞の増殖を伴う分化の反応速度論的モデルの提案 (2011)
  • Author(s): 石黒博, 植村真
  • Organizer: 第48回日本伝熱シンポジウム講演論文集
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2011-06-03
• [Presentation] 分化型PC12細胞のミクロ凍結・融解挙動とその生存性 (2011)
  • Author(s): 植村真, 石黒博
  • Organizer: 第48回日本伝熱シンポジウム講演論文集
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2011-06-03
• [Presentation] 温熱ストレス下における細胞の死滅率と損傷関数の関連性 (2011)
  • Author(s): 石黒博, 野澤正和
  • Organizer: 第48回日本伝熱シンポジウム講演論文集
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2011-06-02
• [Presentation] 成熟神経細胞の方向性凝固過程におけるミクロ挙動 (2011)
  • Author(s): 石黒博, 植村真
  • Organizer: 日本機械学会第23回バイオエンジニアリング講演会講演論文集
  • Place of Presentation: 熊本
  • Year and Date: 2011-01-08
• [Presentation] Freezing Behavior of White Adipose Tissue and its Surrounding Tissues, Low Temperature Medicine (2010)
  • Author(s): ISHIGURO H., KAJIGAYA H. and SHIMIZU T.
  • Organizer: 第37回日本低温医学会総会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2010-11-12
• [Presentation] ストレス感受性が異なる二種類の細胞が共存する場合の細胞損傷・死滅の数学的モデル化 (2010)
  • Author(s): 石黒博, 野澤正和
  • Organizer: 日本機械学会2010年度熱工学カンファレンス講演論文集
  • Place of Presentation: 長岡
  • Year and Date: 2010-10-30
• [Presentation] Freezing Behavior and Histological Change of White Adipose Tissue and its Surrounding Tissues (2010)
  • Author(s): ISHIGURO H., KAJIGAYA H. and SHIMIZU T.
  • Organizer: Abstracts of 47th Annual Meeting of Society for Cryobiology
  • Place of Presentation: ブリストル,英国
  • Year and Date: 2010-07-19
• [Presentation] 脂肪組織とその隣接組織のミクロ凍結挙動 (2010)
  • Author(s): 石黒博, 梶ヶ谷博, 清水匡
  • Organizer: 第55回低温生物工学会セミナー及び年会講演要旨集
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2010-06-26
• [Presentation] 二つの死滅モードが共存する場合の細胞損傷・死滅の数学モデルの提案(反応速度論的モデル化の適用) (2010)
  • Author(s): 石黒博, 野澤正和
  • Organizer: 第47回日本伝熱シンポジウム講演論文集
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2010-05-26
• [Presentation] 白色脂肪組織とその周辺組織の凍結様相の解明 (2010)
  • Author(s): 石黒博, 梶ヶ谷博, 清水匡
  • Organizer: 第47回日本伝熱シンポジウム講演論文集
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2010-05-26
• [Presentation] 相接する筋組織と脂肪組織のミクロ凍結挙動 (2010)
  • Author(s): 石黒博, 梶ヶ谷博, 清水匡
  • Organizer: 日本機械学会第22回バイオエンジニアリング講演会講演論文集
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2010-01-10
• [Presentation] 非定常一次元熱伝導加熱による温熱ストレスが誘起する生体内の細胞損傷・死滅の進行の予測 (2009)
  • Author(s): 石黒博, 野澤正和
  • Organizer: 日本機械学会2009年度熱工学カンファレンス講演論文集
  • Place of Presentation: 山口
  • Year and Date: 2009-11-07
• [Presentation] 凍結手術と生体熱工学 (2009)
  • Author(s): 石黒博
  • Organizer: 凍結手術に関する特別講演会
  • Place of Presentation: 山口
  • Year and Date: 2009-09-04
• [Presentation] Three-Dimensional Microscopic Behavior of Ice Crystals and Cells during Directional Solidification of Muscle Tissues Treated with DMSO (2009)
  • Author(s): ISHIGURO H., KATAORI A. and NOZAWA M.
  • Organizer: Abstracts of 46th Annual Meeting of Society for Cryobiology
  • Place of Presentation: 札幌,日本
  • Year and Date: 2009-07-21
• [Presentation] Time-Series Recrystallization of Ice Crystals during Constant Temperature Storage of Rapidly Frozen Tissues (2009)
  • Author(s): ISHIGURO H. and IMAI H.
  • Organizer: Abstracts of 46th Annual Meeting of Society for Cryobiology
  • Place of Presentation: 札幌,日本
  • Year and Date: 2009-07-21
• [Presentation] 温熱ストレスによる細胞損傷・死滅の反応速度論的定式化に基づく数学モデルとその特性 (2009)
  • Author(s): 石黒博, 野澤正和
  • Organizer: 第46回日本伝熱シンポジウム講演論文集
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2009-06-04
• [Presentation] 非定常温熱ストレスによる細胞損傷・死滅の予測(反応速度論的数学モデルの適用) (2009)
  • Author(s): 石黒博, 野澤正和
  • Organizer: 第46回日本伝熱シンポジウム講演論文集
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2009-06-04
• [Presentation] 温熱条件下における細胞死滅を予測するための数学的モデルの構築 (2009)
  • Author(s): 石黒博, 野澤正和
  • Organizer: 日本生体医工学会誌生体医工学
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2009-04-25
• [Presentation] 温熱条件下における細胞死滅を予測するための数学的モデルの構築 (2009)
  • Author(s): 石黒博, 他1名
  • Organizer: 第48回日本生体医工学会大会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀(東京)
  • Year and Date: 2009-04-25