Studies on cryopreservation mechanism of intracellular trehalose introduced through trehalose transporter

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17K18834
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Fluid engineering, Thermal engineering, and related fields
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: UCHIDA TSUTOMU 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (70356575)
• Research Collaborator: Kikawada Takahiro 農業・食品産業技術総合研究機構, 主任研究員 ; Takeya Satoshi 産業技術総合研究所, 主任研究員 ; Takeya Kei 名古屋大学, 工学研究科, 講師
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2019-03-31
• Keywords: トレハロース / 凍結保存 / トレハロース輸送体 / 細胞内水 / ガラス化 / 氷結晶

Outline of Final Research Achievements

In this study, we aimed to clarify the mechanism of the high cryoprotective effect of intracellular trehalose experimentally. Since trehalose is not transported into the cell spontaneously, we used two CHO-K1 cells as the model cell, one of which is expressing the trehalose transporter (TRET1) and another is not. It has been thought that the intracellular water was vitrified by the intracellular trehalose, but the results of powder X-ray diffraction and differential calorimetry merely indicates the existence of ice Ih crystal below the melting point. The results of THz spectroscopy show the possibility of the presence of a liquid phase at that low temperature conditions. More detailed examinations by these measurement methods are necessary in the future.

Free Research Field

低温生物学、雪氷学、結晶成長学、物理化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

「細胞の凍結保存」技術は、水産業・畜産業では既存の技術として半世紀前より利用されている。しかしそのため近年の進歩した科学技術による学術的解明は進んでおらず、凍結・保存プロトコルの改善策の検討や凍結困難細胞種への適応技術についての研究は遅れている。本研究成果は、凍結保存のプロセスを科学的に明らかにすることを目的としており、それによる既存技術の改良や、需要の高い凍結困難細胞腫（たとえばニューロンや心筋細胞等）への適応技術開発に資する。