前立腺癌の冷凍手術に関する研究 -細胞の変形限界について-

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650227
• Research Institution: KYUSHU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 高松 洋 九州大学, 機能物質科学研究所, 助教授 (20179550)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 住本 英樹 九州大学, 大学院・医学研究院, 教授 (30179303)
• Keywords: 圧迫変形 / 機械的ストレス / 機械的性質 / 生存率 / 細胞膜損傷 / 凍結障害 / 凍結手術 / 前立腺癌細胞

Research Abstract

現在、日本ではほとんど実施されていない臓器の冷凍手術を普及させるには、手術のプロトコルの確立および手術法やモニター技術の改善による組織の凍結破壊の確実性と精度の向上が重要である。その技術を支えるのは科学的基礎としての細胞の凍結障害のメカニズムの解明である。これについて、従来から緩速凍結時の場合には細胞外凍結に起因する化学的効果が細胞損傷の主要因であると考えられてきたが、最近、氷晶による細胞の圧迫も凍結障害の一因である可能性が高いことが明らかになってきた。本研究の目的は、この影響、すなわち圧迫変形が細胞の損傷に及ぼす影響を定量的に明らかにすることにある。
本研究ではヒト由来の前立腺癌細胞株PC-3の懸濁液を試料として、平行な二平面で挟まれた細胞の生存率と変形度の関係を明らかにした。直径の予め判っているガラスビーズをスペーサとして用いる「サンドイッチ法」を用いた実験により以下の結果を得た。
1.常温(23℃)の場合、細胞は元の直径の約30%まで変形すると約半数が、約20%まで変形するとほとんどが損傷する。この場合の細胞表面積の増加は、計算ではそれぞれ約50%および100%になる。
2.生存率と隙間すなわち変形度との関係についての実験結果は0℃と23℃でほぼ同じであったが、37℃ではそれより低くなった。細胞膜の脂質の相転移温度が10〜20℃であることを考慮すると、細胞の損傷は細胞膜の性質で決定されるのではなく、細胞骨格の変形によるのではないかと考えられる。
3.隙間が小さい場合の生存率は、高張液中では等張液の場合よりやや高く、低張液中では逆にやや低い。これは細胞の収縮や膨張などの体積変化による細胞表面積の変化に起因すると考えられるが、表面積の拡大限界は等張の場合とは異なる。したがって、変形限界は表面積の増加率のみで決定されるわけではない。この溶液濃度の影響についてはさらに実験を継続する必要がある。

Research Products

• [Publications] H.Takamatsu et al.: "The Effect of Temperature on the Viability of Deformed Cells"ASME, HTD-Vol.368/BED-Vol.4,Advances in Heat and Mass Transfer in Biotechnology 2000. 55-58 (2000)
• [Publications] 高松洋 ほか: "PC-3細胞の圧迫変形損傷に及ぼす温度の影響"九州大学機能物質科学研究所報告. 14巻2号. 105-109 (2000)