凍結保存と細胞生存率

凍結保存は、低温条件下で細胞や組織を保存し、細胞の損傷や死を防ぐことを可能にする科学的プロセスです。これは、将来の使用のために細胞を保存する手段を提供し、何年か保存した後でもその生存能力と機能性を保証するものです。この記事では、凍結保存の世界を掘り下げ、凍結保存後の細胞の生存可能性という重要な側面を探求します。

凍結保存と細胞生存率

凍結保存について

凍結保存とは、細胞や組織を-80˚Cから-196˚Cの温度で凍結することです。伝統的な方法には、液体窒素の使用、冷凍庫での直接凍結、ドライアイス（二酸化炭素）の使用などがあります。凍結保存の第一の目標は、保存された細胞の生存性と細胞機能を維持することです。

細胞生存率の重要な役割

細胞生存率とは、生きた細胞が培養されたときに分裂、増殖し、細胞機能を維持できるかどうかを示す指標です。凍結保存プロセス後、細胞の生存性が最も重要となります。細胞が急速に凍結されすぎると氷の結晶が形成され、細胞膜を損傷し、細胞死につながる可能性があります。しかし、細胞が正しく凍結保存されれば、解凍して復活させ、正常に機能させることができます。

機械的および代謝的ストレス

細胞の凍結と融解は、その生存能力を損なう機械的・代謝的ストレスを与えます。このプロセス中、細胞内代謝産物が放出され、細胞死や生存率の低下を引き起こす可能性があります。さらに、細胞が凍結される時間と温度を指す凍結速度は、細胞の生存率に大きく影響します。

原因：細胞内氷晶

凍結過程における細胞内氷晶の形成は、細胞の生存能力と生存に悪影響を及ぼします。ダメージは、細胞の広範な脱水（「溶液効果」として知られる）や、氷晶の形成による機械的ひずみ（「機械的ダメージ」）によって起こります。多くの場合、両方の要因が組み合わさって起こります。氷点下の温度は、細胞質液に氷晶と核生成部位を形成させ、細胞にさらなる機械的ストレスと様々なレベルのダメージを与えます。これらの影響を最小限に抑えるには、細胞を低温でゆっくりと凍結させ、凍結過程を通して氷結晶のレベルを一定に保つ必要があります。

回復の旅

細胞は凍結保存後、驚異的な回復力を発揮します。解凍すると、細胞は凍結外傷から回復し、元のホメオスタシスに再適応するプロセスを開始する。回復の期間は凍結保存技術とサンプルの種類に依存します。通常、大部分の細胞は約2週間以内に完全に回復します。しかし、時間の経過とともに回復率が増加したり減少したりすることを示唆する報告もあり、さらなる研究の必要性が強調されています。

回復時間に影響する因子

凍結期間とは別に、サンプルの融解回数と融解温度は、回復時間に大きな影響を与える可能性があります。解凍中に高温にさらされた細胞は、より大きなダメージを受け、より長い回復期間を必要とする可能性があります。

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細胞生存率を高める3つの重要な段階

1. 凍結前の準備

凍結前に、サンプルをジメチルスルホキシド（DMSO）やグリセロールなどの凍結保護剤を含む培養液に移します。このステップにより、凍結プロセス中の損傷から細胞を保護します。この準備段階では、サンプルを4℃に保つことが重要です。

2. 制御された凍結

最適な凍結速度を達成することは、細胞の生存率を最大化するために不可欠です。ゴルディロックス（Goldilocks）」と呼ばれる凍結速度は、一般的に毎分1℃前後ですが、最適な凍結速度は、表面積や透過性など細胞固有の因子によって異なる場合があります。凍結中の緩やかな温度低下は、氷晶の形成を最小限に抑え、細胞への機械的ストレスを軽減するために極めて重要です。

3. 適切な保存

凍結終了後、サンプルは細胞深部保存容器に移し替えます。輸送中にドライアイスを使用してもよく、輸送中の低温を維持し、長期保存が確立されるまで細胞の生存性を維持します。