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2022 Fiscal Year Annual Research Report

温度可変固体NMRを用いた両性電解質高分子の脱水制御による凍結保護作用の解明

Research Project

Project/Area Number 20H04532
Research InstitutionJapan Advanced Institute of Science and Technology

Principal Investigator

松村 和明  北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (00432328)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 林 文晶  国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 上級研究員 (00450411)
Rajan Robin  北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (70848043)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords凍結保存 / 高分子 / 固体NMR
Outline of Annual Research Achievements

これまではカルボキシル化ポリリジン溶液の凍結時の挙動を固体NMRで詳細に解析し、その塩、水、高分子の挙動と凍結保護効果の相関から機序に関して議論を進めてきた。しかし、他の両性電解質高分子でも同様な相関が得られるのかについて調べるため、今年度から、異なる両性電解質高分子溶液を合成して固体NMR測定を行っている。具体的には、カルボキシル化COOHと同様、弱酸弱塩基の両性電解質高分子(PAMPS-APTAC)に加え、強酸強塩基の塩である両性電解質高分子(PDMAEMA-MA)を使用した。その結果、PAMPS-APTACでは凍結保護効果が低いことがわかり、その凍結時の塩の挙動や水分子の挙動がどのように固体NMRに反映されているかを調べた。PAMPS-PATACでは、低温時に塩をトラップする温度域がより低くなっており、凍結による浸透圧脱水作用を調整する作用が弱くなっている可能性がある。今後も引き続き再現性を確認しつつ、機序の解明と一般化を目指して研究を進めていく。
また、低温時における水の粘性増加作用を用いて、氷晶の形成を抑制させることでガラス状態の安定化作用を利用し、スフェロイドなど大きな細胞塊の凍結保存法の開発も行っている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

これまで観測が不可能であった凍結時の水分子、塩、高分子の挙動を測定することが可能となったことから、両性電解質高分子による凍結保護効果の機序を議論することが出来た。この結果をまとめた論文がTOP10%論文となっていることから、研究成果は分野の研究者らから高い評価を受けている。また、カルボキシル化ポリリジンに限らず、他の高分子の測定をすることで機序の一般化を目指しており、この分野では独創性の高い研究を推進している。再生医療用の細胞組織の凍結保存に向けた応用研究にもつながっており、有用性も高い。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、他の両性電解質高分子化合物の固体NMRによる測定を行い、再現性を確認することで、真のメカニズムの解明とその一般化を行い、論文化する。
解明したメカニズムを用いて、再生医療用および生殖医療用または食品用など様々な用途の細胞や組織、材料の効率的凍結保存法を開発し、社会還元を行う。

  • Research Products

    (14 results)

All 2023 2022 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 6 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 3 results)

  • [Int'l Joint Research] Aydin Adnan Menderes University(トルコ)

    • Country Name
      TURKEY
    • Counterpart Institution
      Aydin Adnan Menderes University
  • [Journal Article] Successful production of offspring derived from mouse zygotes vitrified with carboxylated ε-poly-L-lysine and polyvinyl alcohol without serum2023

    • Author(s)
      ISHII Midori、KAMOSHITA Maki、KURIHARA Yoshihiro、MATSUMURA Kazuaki、HYON Suong-Hyu、ITO Junya、KASHIWAZAKI Naomi
    • Journal Title

      Journal of Reproduction and Development

      Volume: 69 Pages: 53~55

    • DOI

      10.1262/jrd.2022-121

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Improved fertility of frozen‐thawed porcine spermatozoa with 3,3‐dimethylglutaric anhydride poly‐L‐lysine as a novel cryoprotectant2023

    • Author(s)
      Jin Hansol、Choi Wooyoon、Matsumura Kazuaki、Hyon Suong‐hyu、Gen Yuki、Hayashi Masakazu、Kawabata Tadahiro、Ijiri Moe、Miyoshi Kazuchika
    • Journal Title

      Animal Science Journal

      Volume: 94 Pages: e13821

    • DOI

      10.1111/asj.13821

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Polyampholyte‐Based Polymer Hydrogels for the Long‐Term Storage, Protection and Delivery of Therapeutic Proteins2023

    • Author(s)
      Rajan Robin、Kumar Nishant、Zhao Dandan、Dai Xianda、Kawamoto Keiko、Matsumura Kazuaki
    • Journal Title

      Advanced Healthcare Materials

      Volume: in press Pages: 2203253~2203253

    • DOI

      10.1002/adhm.202203253

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Design of self-assembled glycopolymeric zwitterionic micelles as removable protein stabilizing agents2023

    • Author(s)
      Rajan Robin、Matsumura Kazuaki
    • Journal Title

      Nanoscale Advances

      Volume: 5 Pages: 1767~1775

    • DOI

      10.1039/D3NA00002H

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Bridging polymer chemistry and cryobiology2022

    • Author(s)
      Matsumura Kazuaki、Rajan Robin、Ahmed Sana
    • Journal Title

      Polymer Journal

      Volume: 55 Pages: 105~115

    • DOI

      10.1038/s41428-022-00735-8

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 凍結保護物質の化学2022

    • Author(s)
      松村 和明
    • Journal Title

      低温生物工学会誌

      Volume: 68 Pages: 9~16

    • DOI

      10.20585/cryobolcryotechnol.68.1_9

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 温度可変固体NMRを用いた側鎖構造と凍結保護効果の相関2022

    • Author(s)
      山﨑椋太、林文晶、長嶋敏雄、Rajan Robin、松村和明
    • Organizer
      第71回高分子討論会
  • [Presentation] 凍結保護剤としての応用を目指したトレハロースポリマーの合成2022

    • Author(s)
      加藤裕介、ラジャン ロビン、松村和明
    • Organizer
      第71回高分子討論会
  • [Presentation] Thermal hysteresis and ice recrystallization inhibition activities of antifreezing protein-poly(vinyl alcohol) conjugates2022

    • Author(s)
      Yusuke Kato, Sakae Tsuda, Robin Rajan, Kazuaki Matsumura
    • Organizer
      The 59th Annual Meeting of the Society for Cryobiology CRYO2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Antifreeze Properties of Antifreeze Protein-Poly(vinyl alcohol) Conjugates2022

    • Author(s)
      Yusuke Kato, Sakae Tsuda, Robin Rajan, Kazuaki Matsumura
    • Organizer
      IBP 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高分子による細胞凍結保存ーその基礎と応用2022

    • Author(s)
      松村和明
    • Organizer
      Cryopreservation Conference 2022
    • Invited
  • [Presentation] 高分子による細胞・組織の凍結保存と再生医療への応用2022

    • Author(s)
      松村和明
    • Organizer
      第20回日本再生歯科医学会学術大会「シンポジウム」
    • Invited
  • [Presentation] 細胞凍結保護高分子化合物の基礎と応用2022

    • Author(s)
      松村和明
    • Organizer
      第41回整形外科バイオマテリアル研究会
    • Invited

URL: 

Published: 2023-12-25  

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