マイクロ波を利用した生体凍結保存法に関する基礎研究

微波生物冷冻保存基础研究

• 批准号: 10875049
• 负责人: 鶴田 隆治
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10875049/
• 关键词: 凍結保存; 細胞内凍結; マイクロ波; 氷核生成; 水素結合; クラスター; 組織損傷; 原形質流動

細胞内にある自由水の氷結晶生成機構に水分子の水素結合が寄与することを重視し,マイクロ波を利用して水素結合を阻害し,細胞内凍結を能動的に制御するという新たな方法の可能性を探る研究を実施した.まず,既存の方向性凝固観察装置にマイクロ波照射装置を組み込み,玉ねぎの表皮組織を生体試料とした凍結機構の観察実験を行った.マイクロ波は,発振周波数2.45GHz,最大出力200Wのインバーター式マグネトロンを発生し,直径48mmのスポットアンテナから,水平方向60mm,鉛直方向50mm離れた位置にある顕微鏡冷却ステージ上の試料に照射される.実験は,アンテナ出力25Wの連続照射とし,冷却速度を10〜20℃/minの条件下で行った.その結果,マイクロ波を照射しながら生体試料を冷却・凍結させる場合には,マイクロ波を照射しない場合より細胞の凍結温度が低下し,マイクロ波が細胞内凍結を抑制することが実験的に確認された.また,解凍後の細胞形態を観察し,マイクロ波の照射によって細胞の損傷を軽減することができることが分かった.すなわち,マイクロ波を照射しない場合には,ほとんどの細胞の細胞膜が壊れており,原形をとどめているわずかな細胞にあっても,原形質流動はまったく確認できなかったが,マイクロ波を照射した場合には,原形をとどめている細胞のいくつかに原形質流動が観察された.マイクロ波による氷晶成長の抑制作用が細胞損傷を軽減したものと考えられ,凍結保存技術に有効であると判断される.なお,外部溶液の凍結のある条件下でも,マイクロ波の照射によって凍結温度は低下するが,氷晶成長の抑制作用が外部氷晶の存在によって低下するため,照射強度を上げるなど,照射条件の検討が必要であり,そのメカニズムの解明とともに効果の定量的評価を今後の課題としたい.

我们专注于水分子的氢键对细胞中游离水的冰晶形成机制的贡献，并进行了研究，以探索一种新方法抑制氢键的可能性，并通过利用微波来主动控制细胞内冷冻。首先，我们将微波辐照装置掺入了现有的定向凝血观察装置中，并使用洋葱表皮组织作为生物样品进行了冻结机制的观察实验。微波是振荡频率为2.45GHz的逆变器，最大输出为200W。生成一个磁控管，并在显微镜冷却阶段进行样品，该样品位于直径为48mm的斑点天线，水平为60mm，垂直50mm。实验是在25W天线输出的连续照射下进行的，冷却速度为10-20°C/min。结果，当生物样品在照射微波时冷却并冷冻时，与未照射的微波相比，细胞的冻结温度降低，并且微波炉较窄。经过实验证实，细胞内冻结被抑制。此外，观察到解冻后细胞的形态，发现细胞损伤可以通过微波辐照减少。换句话说，当大多数细胞的细胞膜破裂，即使在具有原始形状的少数细胞中，也没有确认血浆流量，但是当执行微波辐照时，在某些具有原始形状的细胞中观察到了血浆流量。人们认为，微波对冰晶生长的抑制作用减少了细胞损伤，被认为对冷冻保存技术有效。此外，即使在冻结外部溶液的条件下，由于微波辐射而导致的冻结降低，但是由于外部冰晶体的存在，由于外部冰晶体的存在而导致冰晶体生长的抑制作用降低，因此必须检查辐射条件，例如增加辐射强度。这种机制的机制已阐明，对效果的定量评估被认为是未来的挑战。

项目成果

鶴田隆治: "細胞内凍結に及ぼすマイクロ波の影響" 第36回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 2. (1999)

Ryuji Tsuruta：“微波对细胞内冷冻的影响”第 36 届日本传热研讨会论文集 2。（1999 年）