2003 Fiscal Year Annual Research Report
マイクロ波による細胞内凍結の制御と凍結保存技術への応用
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13450086
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
鶴田 隆治 九州工業大学, 工学部, 教授 (30172068)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
越野 英和 九州工業大学, 工学部, 教務職員 (60145167)
谷川 洋文 九州工業大学, 工学部, 助手 (80197524)
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| Keywords | 凍結保存 / 細胞内凍結 / マイクロ波 / 水分子 / 分子動力学 / 水素結合 / 凍結伝播機 |
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| Research Abstract |
まず,タマネギの表皮組織を観察対象とし,マイクロ波照射環境下における細胞内凍結挙動の顕微鏡観察を行った.今年度は,これまでの一体型冷却ステージを用いた一様冷却による凍結実験に加え,方向性凝固ステージを用いた伝播型の凍結形態をも観察対象とし,マイクロ波の照射強度をパラメータとした実験により,マイクロ波照射強度が細胞の凍結温度と細胞内凍結の進行状況に与える影響を検討した.
細胞群を一様に冷却する一様冷却実験では,マイクロ波の放射強度が10mW/cm^2から15mW/cm^2までの時,その照射強度とともに細胞内凍結は抑制され,凍結温度が低下することが確認できた.しかし,25mW/cm^2にまで強めると逆に凍結温度が上昇することがわかった.いずれの場合にも細胞内凍結の生じる温度範囲は5℃程度であった.
一次元的な温度場を供する方向性凝固実験では,一様冷却の場合と同様に,マイクロ波照射強度を増すとともに細胞内凍結温度は低下して15mW/cm^2で最低温度となり,25mW/cm^2で再び凍結温度は上昇した.しかしながら,細胞の凍結温度範囲については,マイクロ波を照射しない場合には伝播型の凍結が生じる為に10℃程度の広がりをもつのに対し,マイクロ波を照射することによってその温度範囲は半減し,一様冷却実験と同様に5℃程度に狭まることがわかった.このことから,大きな生体組織の凍結保存を行う際にマイクロ波を照射すると,伝播的な凍結の進行を抑制でき,大きな氷晶発生を伴う小過冷度域での細胞内凍結を防止できることが明らかとなった.
また,水分子モデルとしてSPC/Eモデルを用いた分子動力学シミュレーションによって,クラスター形成過程におけるマイクロ波の付加が回転運動を促進し,結晶化を抑えることを確認した.
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