並列タイトル等Novel Technology for Cryopreservation of Biological Tissue by Utilizing Ultrasonic lrradiation
タイトル（掲載誌）平成19(2007)年度 科学研究費補助金 基盤研究(C) 研究成果報告書 = 2007 Fiscal Year Final Research Report
一般注記金沢大学機械工学系
医療技術やバイオテクノロジーの発達に伴って生体細胞・組織を凍結保存する技術の確立が求められている.凍結保存は低温化と活性水分の低減により生化学反応の抑制を図るものであるが,凍結の過程で細胞内外に氷晶が形成され,それが各種の機械的損傷や膠質的損傷を発生させる要因となる.このような凍結損傷を完全に回避するためには,細胞内の水が結晶化せず,液体構造がそのまま固定化されるガラス化現象を発現させるのが理想的である.そこで本研究では,超音波を付与することにより凍結過程における核生成の能動的制御を追究した.すなわち,超音波の付与により,超音波キャビテーションによる衝撃波を発生させ,それにより水素結合で凝集している水分子のクラスターを解離させ,過冷却の促進を図り,最終目標としてガラス化を目指すものである.具体的には,生体模擬組織として寒天ゲルを供試した凍結実験を行い,過冷却度および氷晶の生成状態を超音波出力および冷却速度と関連づけて実験的に追究し,以下の結果を得た.(1)本装置では超音波照射による過冷却の促進効果は認められなかった.冷却速度が小さすぎること,超音波の周波数が低いこと,および超音波出力が不足していることなどが原因と考えられる.今後,装置系について見直しが必要である.(2)組織体表層部において超音波照射による氷晶の微細化の効果が認められた.また,音響流に基づく氷晶の微細化の効果は小さく,氷結晶の微細化は主に超音波キャビテーションの効果であることが示された.(3)冷却熱流束に対して超音波出力が過大になると,音波吸収による発熱作用が顕在化し,逆に氷結晶の肥大化を招くことが判った.(4)この対策として,超音波の間欠照射方式を提案し,その有効性が検証された.
Freezing can slow down or stop some biological reactions for preserving biological cell. It is also true that the freezing is lethal to the living system. During freezing, the extra- and intra-cellular ice formation, osmotic water permeation through cell membrane, deformation of the cell and other behavior occur at microscale and they bring serious injuries connecting to life-and-death of living cell.A method to actively controlling crystallization is one of promising technique for cryopreservation. The object of this project is to study the effects of ultrasonic irradiation on ice formation during freezing of biological materials. In the experiments, agar gel was frozen under various irradiation methods of ultrasound at frequency of 28 kHz. The measurements of temperature and the microscopic observation of ice crystals by using fluorescent indicator were carried out.Firstly, it was found that ultrasound released the supercooling states, and reduced ice crystal size in the tissue. However, the fattning of ice crystal was observed by irradiation of higher ultrasonic power, since the cooling rate was reduced due to absorption of the ultrasonic wave. The ice crystal size in the tissue was clarified in relation to ultrasonic power and tissue size. Secondly, various irradiation methods were tested. It was found that the pulsed irradiation is useful for reducing ice crystal size, since the fattening of ice crystal due to absorption of ultrasonic wave is reduced. The mechanism of sonocrystallization in biological tissue was discussed in relation to ultrasonic power, on-off frequency and irradiation duration.
研究課題/領域番号:18560195, 研究期間(年度):2006-2007
出典：「超音波を利用した凝固制御による生体組織のガラス化保存技術の開発」研究成果報告書 課題番号18560195 (KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）) 本文データは著者版報告書より作成
一次資料へのリンクURLhttps://kanazawa-u.repo.nii.ac.jp/?action=repository_action_common_download&item_id=43105&item_no=1&attribute_id=26&file_no=1
関連情報https://kaken.nii.ac.jp/search/?qm=20179708
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18560195/
https://kaken.nii.ac.jp/report/KAKENHI-PROJECT-18560195/185601952007kenkyu_seika_hokoku_gaiyo/
連携機関・データベース国立情報学研究所 : 学術機関リポジトリデータベース（IRDB）（機関リポジトリ）