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2021 年度 実績報告書

超瞬間レーザー解凍による次世代細胞凍結保存技術の確立とバイオバンキングへの展開

研究課題

研究課題/領域番号 21H01783
配分区分補助金
研究機関信州大学

研究代表者

秋山 佳丈  信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (80585878)

研究分担者 保地 眞一  信州大学, 学術研究院繊維学系, 教授 (10283243)
諫田 泰成  国立医薬品食品衛生研究所, 薬理部, 部長 (70510387)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
キーワード凍結保存 / 急速解凍 / レーザ加熱
研究実績の概要

本研究では,従来のように凍結保護剤により化学的もしくは生物学的に細胞内外の水をガラス化するのではなく,物理的アプローチにより凍結および解凍の速度を究極的に高めることで、様々な細胞に対応可能な凍結保護剤フリーの次世代凍結保存技術を創出することを目指している.この新しい凍結保存技術の確立に向けて,本年度は以下の項目に取り組んだ.
1.液滴単独落下による超瞬間解凍:現状では,液体窒素冷却した凍結基板上に,細胞を含むインクジェット液滴を堆積させることで超瞬間凍結している.そして,解凍時は,凍結基板ごと温浴して解凍している.しかし,この手法では,液体窒素温度に冷却された凍結基板も一緒に温浴されるため,解凍速度を低下させる原因となる.そこで,既に開発済みだった自動解凍装置を,高速度カメラによる観察に基づき改良した.そして,衝撃により液滴のみを凍結基板から落下させて温浴解凍する技術を確立した.
2.凍結速度のさらなる向上:現状では,一般的な細胞のガラス化に必要な最低限の冷却速度は達成していると思われるが,耐凍性の低い幹細胞等では生存率が低いことから,さらなる冷却速度の向上が望まれる.そのため,吐出条件を検討し,現在の40 pLから20 pLへと半分程度にすることに成功した.一方で,液滴サイズの微小化したにもかかわらず,細胞の生存率が低下した.現在,原因を究明中である.
3.レーザ加熱による超瞬間解凍:大型の細胞の凍結保存技術確立に向けて,試料を直接加熱可能なレーザ解凍技術を確立する.本年度は,解凍に必要なエネルギーなら,出力等レーザの仕様や照射条件を決定すると共に,レーザ照射系の検討を行い,システム概要を決定した.

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

実施3項目のうち,「液滴単独落下による超瞬間解凍」,「凍結速度のさらなる向上について」については予定通り進んだ.さらに,最後の「レーザ加熱による超瞬間解凍」についても,有限要素モデルに基づく解析には至らなかったが,解凍に必要なエネルギーに基づく概算から,レーザ仕様を決定しシステム概要を決定することが出来た.

今後の研究の推進方策

令和4年度は,当初の予定通り,超瞬間解凍のためのレーザ解凍装置の構築および幹細胞や生殖細胞への応用について研究をすすめる.一方,令和3年度において,液滴サイズの微小化したにもかかわらず,細胞の生存率が低下した.そのため,実験やシミュレーションによりその原因究明する.

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (5件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Cryodevices developed for minimum volume cooling vitrification of bovine oocytes2022

    • 著者名/発表者名
      S. Hochi
    • 雑誌名

      Animal Science Journal

      巻: 93 ページ: e13683

    • DOI

      10.1111/asj.13683

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 凍結保護剤フリー細胞凍結保存のための衝撃液滴離脱による超瞬間解凍法2021

    • 著者名/発表者名
      渡部 広機, 湯浅 裕太, 秋山 佳丈
    • 雑誌名

      低温生物工学会誌

      巻: 67 ページ: 121-124

    • DOI

      10.20585/cryobolcryotechnol.67.2_121

    • 査読あり
  • [学会発表] インクジェット超瞬間凍結法のヒト幹細胞への応用2022

    • 著者名/発表者名
      渡部広機,諫田泰成,秋山佳丈
    • 学会等名
      第21回日本再生医療学会総会
  • [学会発表] 凍結保護剤フリー超瞬間凍結法における細胞数増加に向けた検討2021

    • 著者名/発表者名
      湯浅裕太, 渡部 広機 , 秋山佳丈
    • 学会等名
      Cryopreservation Conference 2021
  • [学会発表] インクジェットを用いた超瞬間細胞凍結法における生存率の凍結解凍速度への依存性2021

    • 著者名/発表者名
      渡部広機,湯浅裕太,秋山佳丈
    • 学会等名
      日本機械学会2021年度年次大会
  • [学会発表] 超瞬間凍結された細胞の生存率向上に向けた自動解凍装置の基板落下における伝熱解析2021

    • 著者名/発表者名
      湯浅裕太, 渡部 広機 , 秋山佳丈
    • 学会等名
      ロボティクス・メカトロニクス講演会 (Robomech2021)
  • [学会発表] 凍結保護剤フリー細胞凍結法の高生存率化に向けた液滴単独落下解凍とその評価2021

    • 著者名/発表者名
      渡部広機,湯浅裕太,秋山佳丈
    • 学会等名
      第66回低温生物工学会
  • [産業財産権] 細胞凍結装置2021

    • 発明者名
      秋山佳丈,渡部広機,湯浅裕太
    • 権利者名
      国立大学法人信州大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2021-073792

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公開日: 2022-12-28  

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