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2022 年度 実績報告書

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

研究課題

研究課題/領域番号 20H04532
研究機関北陸先端科学技術大学院大学

研究代表者

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)

研究分担者 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)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
キーワード凍結保存 / 高分子 / 固体NMR
研究実績の概要

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。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

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。

今後の研究の推進方策

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。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件、 招待講演 3件)

  • [国際共同研究] Aydin Adnan Menderes University(トルコ)

    • 国名
      トルコ
    • 外国機関名
      Aydin Adnan Menderes University
  • [雑誌論文] Successful production of offspring derived from mouse zygotes vitrified with carboxylated ε-poly-L-lysine and polyvinyl alcohol without serum2023

    • 著者名/発表者名
      ISHII Midori、KAMOSHITA Maki、KURIHARA Yoshihiro、MATSUMURA Kazuaki、HYON Suong-Hyu、ITO Junya、KASHIWAZAKI Naomi
    • 雑誌名

      Journal of Reproduction and Development

      巻: 69 ページ: 53~55

    • DOI

      10.1262/jrd.2022-121

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Improved fertility of frozen‐thawed porcine spermatozoa with 3,3‐dimethylglutaric anhydride poly‐L‐lysine as a novel cryoprotectant2023

    • 著者名/発表者名
      Jin Hansol、Choi Wooyoon、Matsumura Kazuaki、Hyon Suong‐hyu、Gen Yuki、Hayashi Masakazu、Kawabata Tadahiro、Ijiri Moe、Miyoshi Kazuchika
    • 雑誌名

      Animal Science Journal

      巻: 94 ページ: e13821

    • DOI

      10.1111/asj.13821

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Polyampholyte‐Based Polymer Hydrogels for the Long‐Term Storage, Protection and Delivery of Therapeutic Proteins2023

    • 著者名/発表者名
      Rajan Robin、Kumar Nishant、Zhao Dandan、Dai Xianda、Kawamoto Keiko、Matsumura Kazuaki
    • 雑誌名

      Advanced Healthcare Materials

      巻: in press ページ: 2203253~2203253

    • DOI

      10.1002/adhm.202203253

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Design of self-assembled glycopolymeric zwitterionic micelles as removable protein stabilizing agents2023

    • 著者名/発表者名
      Rajan Robin、Matsumura Kazuaki
    • 雑誌名

      Nanoscale Advances

      巻: 5 ページ: 1767~1775

    • DOI

      10.1039/D3NA00002H

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Bridging polymer chemistry and cryobiology2022

    • 著者名/発表者名
      Matsumura Kazuaki、Rajan Robin、Ahmed Sana
    • 雑誌名

      Polymer Journal

      巻: 55 ページ: 105~115

    • DOI

      10.1038/s41428-022-00735-8

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 凍結保護物質の化学2022

    • 著者名/発表者名
      松村 和明
    • 雑誌名

      低温生物工学会誌

      巻: 68 ページ: 9~16

    • DOI

      10.20585/cryobolcryotechnol.68.1_9

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      山﨑椋太、林文晶、長嶋敏雄、Rajan Robin、松村和明
    • 学会等名
      第71回高分子討論会
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      加藤裕介、ラジャン ロビン、松村和明
    • 学会等名
      第71回高分子討論会
  • [学会発表] Thermal hysteresis and ice recrystallization inhibition activities of antifreezing protein-poly(vinyl alcohol) conjugates2022

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Kato, Sakae Tsuda, Robin Rajan, Kazuaki Matsumura
    • 学会等名
      The 59th Annual Meeting of the Society for Cryobiology CRYO2022
    • 国際学会
  • [学会発表] Antifreeze Properties of Antifreeze Protein-Poly(vinyl alcohol) Conjugates2022

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Kato, Sakae Tsuda, Robin Rajan, Kazuaki Matsumura
    • 学会等名
      IBP 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] 高分子による細胞凍結保存ーその基礎と応用2022

    • 著者名/発表者名
      松村和明
    • 学会等名
      Cryopreservation Conference 2022
    • 招待講演
  • [学会発表] 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

    • 著者名/発表者名
      松村和明
    • 学会等名
      第20回日本再生歯科医学会学術大会「シンポジウム」
    • 招待講演
  • [学会発表] 細胞凍結保護高分子化合物の基礎と応用2022

    • 著者名/発表者名
      松村和明
    • 学会等名
      第41回整形外科バイオマテリアル研究会
    • 招待講演

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公開日: 2023-12-25  

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