| 研究課題/領域番号 |
25660093
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| 研究種目 |
挑戦的萌芽研究
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
山田 雅彦 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (70230480)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 結晶成長 / 組織・細胞 / 食品 / 凍結保存 / 生物・生体工学 |
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| 研究概要 |
１．凍結保存試料内の氷結晶の状態変化の観察： 今年度研究計画に基づき，偏光顕微鏡に設置する冷却用ステージを製作し，CCDカメラを偏光顕微鏡に取り付け低温恒温室内に設置し，冷却時の試料の状態変化や氷結晶の状態および試料温度を観察記録する装置を低温室外に設置した．数回の予備実験の段階で，今年度の実験条件（冷却温度-40℃）で生成される氷晶の平均径が約20μmと大きいため，試料厚と透過性の問題から偏光顕微鏡による観察が不可能であることが判明し，落射型顕微鏡の使用に変更し上方からの観察を行った．氷結晶の形状や粒界を明瞭に観察する方法を至急再検討する必要性があることが明らかになった．
また，含水ゲルと油脂の多い肉を試料として-30℃において100日間の凍結保存実験を行った結果を比較し，含水ゲル中では氷結晶サイズの経時変化がほとんど観察されなかったことから，『油脂を含む不均質な生体細胞中の水分の移動度』が今後の研究における重要な因子であると考えられる．これは，本研究の主要目的である氷結晶成長シミュレーションにおいても，きわめて重要な影響を及ぼすと予想される．
２．水溶液中における非平衡氷結晶生成に関する解析： 本研究の目的である，細胞液中の氷結晶の形成メカニズムの解明と，凍結濃縮や氷結晶による細胞損傷を生じない安定な氷結晶構造による食品や生体組織の有効な凍結保存方法の創出を達成するため，生体組織内の水分を水溶液に見立て，その非平衡凍結における氷結晶成長と形状の数値解析を実施すると同時に，１で述べた，脂質近傍の水分子の挙動が凍結保存された生体組織内の氷結晶の成長に大きな影響を及ぼすことを考慮し，脂質分子の周囲に配位された水分子のエネルギーの温度変化などを，生体分子解析プログラムを用いた解析により，脂質周囲の水分の移動度の検討を行った．
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| 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
実験および数値解析の両面においてほぼ当初計画の通り準備が整い，予備凍結実験および試験解析による不具合の確認を行った．長期凍結保存実験や氷結晶成長の数値解析の本格的実施には至っていないが，予備実験の段階で，実験の遂行において装置が適切でないものが判明したこと，ならびに，『油脂を含む不均質な生体細胞中の水分の移動度』という，当初計画の氷結晶性状の決定に重要な影響を及ぼす因子を確認できたことは，概ね当初計画の通りに遂行されているものである．
また，『油脂を含む不均質な生体細胞中の水分の移動度』という，次年度の実施計画に追加すべき重要検討課題を見出したことにより，本研究の重要性がさらに高まったと評価できる．従って，現時点において，本研究は概ね順調に推進できていると評価される．
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究は，基本的に当初計画に基づきつつ，今年度の成果から，本研究全体の目的において非常に重要と考えられる『脂質周囲の水分の移動度とそれが細胞凍結に及ぼす影響に関する検討』を，実験および解析の両方に取り入れて研究を推進する．
実験では，まず当初案に従い，超音波による氷結晶の性状変化の検討を実施する．その際，今年度の成果から偏光顕微鏡による透過光観察の困難が予想されるため，落射型顕微鏡を用いるように計画の再検討を行う．この検討においては，凍結保存組織内の水分移動度も重要になると考えられることから，その測定方法の案出と測定の実施を，氷晶の成長速度や生成される氷結晶の性状に関する観察と並行して実施する．生体組織内の水分分布は，MRIなどの大規模な装置を用いれば測定可能であるが，本研究では，静電容量や光学的方法を適用するなど，他の測定原理を駆使し，簡便に測定する方法を案出することに挑戦する．
解析および結晶成長シミュレーションでは，当初計画の通り，初年度に作成した数値解析モデルを用いて水溶液中における針状氷結晶の生成メカニズムの解明を進めるとともに，生体分子シミュレーション法を援用して，脂質が存在する場合の生体組織中の水分子の挙動に関する検討を行い，低温保存下の生体組織中の氷結晶の平均径分布が大きくなる原因や，その機構の解明を試みる．これらの要因の解明を進めることで，食品や生体の低温長期保存のための適切な凍結状態を制御する方法を見いだす．
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| 次年度の研究費の使用計画 |
物品費のうち，消耗品費などの節約によって生じた．
消耗品費などの節約により発生した未使用額２９，０９２円は，次年度において水分測定装置の試作に使用する資材費の支払いに充てる．
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