2022 Fiscal Year Final Research Report

Novel freeze-drying technology with controlled ice crystal size and improvement of viability of freeze-dried cells

Research Project

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Project/Area Number	20K04310
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 19020:Thermal engineering-related
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	Uematsu Sora 大阪大学, 大学院工学研究科, 招へい研究員 (10867774)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	西橋勉大阪大学, 大学院工学研究科, 招へい研究員 (00517469) 木村正大阪大学, 大学院医学系研究科, 教授 (90240845) 瀧内剛大阪大学, 大学院医学系研究科, 特任准教授(常勤) (40733358) 佐治史惠大阪大学, 医学部附属病院, 技術職員 (40600987)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	凍結乾燥 / 氷晶径 / 細胞 / 精子 / 凍結乾燥保存
Outline of Final Research Achievements	In this study, we aimed to improve the survival rate of freeze-dried cells by controlling ice crystals, based on Micro Powder Dry technology, in which droplets are introduced into a vacuum, instantly frozen by the heat of evaporation, and then sublimated. Human sperm and mouse sperm were used as validation cells. First, we determined the spraying conditions for sperm, and succeeded in producing freeze-dried powder containing sperm. However, all the freeze-dried sperm lost motility. We conducted a detailed investigation of the cause of sperm damage and found that while spraying caused some damage depending on the nozzle diameter, freezing caused severe damage to the sperm regardless of the nozzle diameter, resulting in the complete loss of motility. It is conceivable that there is an optimal cooling rate for sperm, which could not be achieved in this study.
Free Research Field	凍結乾燥
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	種の保存目的や生殖補助医療において、現在精子は液体窒素を用いて凍結保存されるが、保存コスト削減や輸送簡便化を期待して凍結乾燥保存も研究されてきた。しかし、現在ヒトを含む全ての動物種で、凍結乾燥後の精子を復水して運動性が回復した例は無い。もし精子の運動性が凍結乾燥後も維持されれば、顕微授精よりも低コストで自然選択が働く人工授精や体外受精が可能となる。本研究では精子の運動性を維持した凍結乾燥は未達成であったが、凍結乾燥における精子の損傷原因を詳細に調査したことは、精子に限らず生細胞の凍結乾燥後の生存率向上に向けた今後の研究発展に貢献する内容である。