細胞組織の凍結保存シミュレーション

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09750236
• Research Institution: Toyama Prefectural University
• Principal Investigator: 百生 登 富山県立大学, 工学部, 助手 (80239590)
• Keywords: 凍結保存 / 凍結・解凍モデル / 生残率 / プロトプラスト / 浮遊細胞 / 生体組織

Research Abstract

生物体の凍結保存技術を確立する基礎研究として,細胞組織の凍結保存における物理化学的現象を理解し,細胞の生死と細胞レベルで生じるミクロ挙動の関連を踏まえた上で,凍結・解凍操作の最適条件を含めその可能性をシミュレーションにより追究した.
まず,凍結保存後の生残率を浮遊細胞について測定し,その過程で生ずる細胞レベルのミクロ挙動がおよぼす細胞の生死に関わる傷害への影響を実験的に明らかにした.凍結・解凍実験は,ハルユタカ小麦の幼胚由来の培養細胞を細胞壁分解酵素で処理して単離したプロトプラストについて行い,解凍後の生残率をFDA染色法を用いて測定し,解凍後の損傷の形態が分類され,凍結・解凍挙動との関係が実験的に明らかとされた.具体的には,緩速凍結した細胞の解凍課程では,(a)浸透圧ストレスによる細胞膜の破壊あるいは膨潤,(b)細胞の吸水不良の障害が発生することが明らかにされた.また,細胞内に形成された氷晶は生残率を大幅に低下させる要因であることが明らかにされた.
次に,代表者らの浮遊細胞に対する凍結・解凍モデルを用いたシミュレーションにより得られるミクロ挙動と実験により得られた生残率との対応より、細胞の傷害に及ぼすミクロ挙動の影響を推定し,それらを組み込んだ凍結・解凍モデルを用いてシミュレーションを行い,2段冷却法の有効性が解析的に検証された.また,細胞のミクロ物性(サイズ,膜透過係数)によって至適度冷却速度が異なることが明らかとされた.さらに,凍害保護物質が生存率を向上させること,および至適冷却速度はその濃度により異なることが明らかにされた.
最後に,浮遊細胞について得られた細胞の傷害とミクロ挙動の関係を生体組織に適用したシミュレーションを行い,生体組織の凍結における熱的寸法効果が細胞の生存状態に及ぼす影響を解析的に明らかにされた.

Research Products

• [Publications] Y.TADA, N.MOMOSE, Y.HAYASHI: "HEAT TRANSFER AND VIAVILITY OF CELL DURING FREEZING OF BIOLOGICAL TISSUE" Proceeding of the Intermational Conference of New frontiers in Biomechanical Engineering. 357-360 (1997)