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生体熱工学の医療応用(温熱療法、熱凝固療法、凍結手術、凍結形成術、凍結保存、乾燥保存)では、細胞や組織は、ストレス(高温、低温、凍結、化学物質、乾燥など)により損傷を受け死滅する。本研究課題では、各種ストレスによる細胞損傷・死滅の数学モデルの構築を目指す体系的研究の一環として、温熱ストレス(約42～45℃)と高温ストレス(45℃以上)を取り上げ、損傷・死滅様式の特性の実験的解明とその現象論的な数学的モデル化を行う。
本年度は、平成21年度に、研究代表者が提案・発展させた、高温・温熱条件のストレスによる細胞の損傷・死滅特性(チャイニーズハムスターの卵巣の培養細胞の実験結果(引用データ))を記述できる反応速度論的定式化による数学モデル(1モードモデル)に対して、1-3.の検討を行った。また、4.の実験準備を行った。
1.2つの異なる死滅モード(ネクローシスとアポトーシス)が共存する場合の細胞の損傷・死滅に対して、新たに数学モデル(2モードモデル)を提案・発展させ、そのモデル特性を明らかにした。さらに、二つの死滅モードが有意に共存すると考えられる、比較的温度が低い温熱ストレスの実験結果(引用データ)に対して、2モードモデルによる予測が、1モードモデルのそれに比べ、大幅に向上することを示した。
2.ストレス感受性が異なる2種類の細胞が共存する場合の細胞損傷・死滅に関して、1モードモデルをベースにした数学モデルを提案・発展させ、そのモデル特性を明らかにした。さらに、1.の場合の実験結果に対して、当該モデルによる予測が、2モードモデルと同程度に向上することを示した。
3.1モードモデルによる細胞の死滅率と、皮膚の熱傷で用いられてきた損傷関数の関連性(暴露温度に対する暴露時間依存性、損傷関数の暴露時間依存性、損傷関数と死滅率の相関性)を調べ、両者の連結を行った。
4.細胞の死滅率の計測実験に関して、ネクローシスとアポトーシスを区別する生死判別法の準備を行った。
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