| 研究概要 |
赤血球,精液,臓器などに代表される生物体の凍結は,低温化と活性水分の低減による長期保存を目的とするものであり,生命の維持を第一義とする。生物体には無機塩を溶かした自由水と,蛋白質などの高分子と結びついた結合水が細胞内外のせまい領域に存在しており,このような水分の化学的・物理的拘束性が細胞外での微細氷晶を形成させ,これらが種々の凍結傷害をもたらす要因となっている。
本研究は,凍結保存に対する最適操作条件を明らかにすることを目的に,以上のような生物体の凍結の機構について細胞レベルで生ずるミクロ挙動を凍害保護物質の効果を含めて実験的・理論的に追究したものであり,得られた成果を以下に記す。
(1)人工のセル群に実際の細胞を組合せてシミュレートした細胞組織の凍結実験を行い,細胞外の凍結,細胞から外部への水分の流出とそれによる細胞の変形,さらには細胞内での氷晶形成のあり方を,冷却速度,細胞外の自由水の濃度,試料の場所的差異の影響を含めて明らかにするとともに,生物体の凍結損害と凍結およびそれに伴う諸現象の関係を系統的に明らかにした。
(2)凍害保護物質として細胞膜透過型のグリセリンを用いて,イースト菌および赤血球の凍結実験を行い,保護物質の浸透時間,濃度,冷却速度などが細胞の脱水・変形に及ぼす影響を明らかにした。
(3)細胞内外での氷晶形成,水の移動,膜の変形等,ミクロ挙動を組み込んだ相変化熱伝導論を展開し,新たな物理パラメータを媒介として,凍結損傷に関する生物体の生死について速度論的に追究された。
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