科学と工学の融合

  
　　　　　　　　子どものことは基本的に、全部親がやることだよ。だって、ほかの人が責任を
　　　　　　　　取りようがないことじゃないですか。子どもの時期のことは両親の責任です。

  　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Takaaki Yoshimoto 25 Nov, 1924 - 16 Mar, 2012　　

   Muhammad Ali vs George Foreman

　　　　　　　　　　あまりにも順調に勝ちすぎているボクサーは、実は弱い。

　　　　　　　　　　私が心から恐れるのは神の法だけだ。人が作った法はどうでもいいと言うつもりはないが、

　　　　　　　　　　私は神の法に従う。何の罪も恨みもないべトコンに、銃を向ける理由は私にはない。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　モハメド・アリ

   

Muhammad Ali: ‘he had a personality that transcended his sport’ by The Guardian

プロボクシングの元ヘビー級王者、モハメド・アリが３日、米アリゾナ州の病院で他界、享年７４。リングの外で
もベトナム戦争への反対や、人種差別、信仰の自由をめぐる言動で注目を集め、２０世紀の米社会を代表する人物
であり、わたし（たち）のヒーローの１人であった。英ガーディアンは「アリはスポーツをも超越した個性を発揮
した。」とこう彼の死を悼んでいる。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　合唱

【科学と工学の融合】

●　最新冷凍技術の此岸：磁気共鳴凍結工学

米国の作家ジョン・スタインベックが５２年に発表した長編小説『エデンの東』――旧約聖書の創世記におけるカ
インとアベルの確執、カインのエデンの東への逃亡の物語を題材に、父親からの愛を切望する息子の葛藤、反発、
和解などを描いた――作品には、レタスを氷で冷却保存して遠隔地に輸送する事業で主人公の父のアダムが大もう
けしようと企む場面が出てくる。」には、レタスを氷で冷却保存して遠隔地に輸送する事業で主人公の父のアダム
が大もうけしようと企む場面が出てくる。今で言う「コールドチェーン」だが、ここ２０年で急速に冷凍技術が発
展進化し、マグロ、カツオの急速冷凍技術を始め、冷凍食料品技術の拡充、あるいは氷感庫よる氷温熟成などとい
う新しい食品加工技術が開発されてきている。なお、これらは「冷凍工学」として大きく括ることができるが、さ
らに、デジタル革命渦論として遺伝子工学や再生医療技術と最新冷凍技術と結合開始し、さらに医療産業の発展を
牽引、加速させてきている。さて、冷凍には次の４つの種類・方式にわけることができる。

この内、１の（３）についてはその機構が不明、つまり科学的に説明されていないとして排除されている。しかし
市場ではＣＡＳ冷凍（セル・アライブ・システム：Cells Alive System）は、従来の冷凍技法による食品の凍結融解
に伴う食味の低下を大幅に低減することを可能にした冷凍技術。細胞蘇生システムともいう。従来の冷凍方法では
食品が周辺部位から冷凍されることにより水が徐々に氷に変わるため、氷が結晶することによる体積の膨張により
食品の細胞膜を傷をつける。解凍時にこの傷からいわゆるドリップと呼ばれる細胞内の栄養や水分が流れ出し、食
品の味を落としていた。この方法の場合、水を瞬時に凍らせることで氷晶化を防ぎ、細胞膜を無傷に保つことを可
能にする。食品を冷却しながら磁場環境の中におき微弱エネルギーを与えることで細胞中の水分子を振動させるこ
とで過冷却状態に保ち、その後瞬時に同時に冷凍させることにより水分の氷結晶化を制御するといもの。 

●　世界初の開発に成功：細胞組織内水分子制御事例

ところで、再生医療技術の進歩に伴い、生体由来の細胞および組織を凍結保存し、必要時に解凍して利用する技術
の需要が高まっているが、解凍後の細胞生存率が低い。特に、未分化な幹細胞に生存率がさらに悪く、さらに凍結
保護剤を用いない場合、生存細胞が得られない。凍結・解凍後の細胞生存率の低い最大の理由は、凍結時に生じる
氷晶の成長により細胞膜やオルガネラ膜が破壊される。このため、凍結保存液にジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、
グリセリン、ポリエチレングリコール等の凍結保護剤を添加し、急速に凍結することで氷晶の成長を抑える凍結方
法が採用されている。

これまでのところ、ＤＭＳＯと比較してグリセリンやポリエチレングリコールの凍害防御能は低く、十分な細胞生
存率を得るにはＤＭＳＯが使用される一方、ＤＭＳＯをはじめとした凍結保護剤は細胞内に浸透して細胞毒性を発
揮するうえに、多能性幹細胞に対しては中内胚葉系へ分化誘導し得ることが報告されている。また、ＤＭＳＯ以
外のエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、カルボキシル化ポリリジン等を凍結
保護剤を用いる方法は、いずれも細胞や生体に対しては何らかの為害作用やアレルギーを惹起する可能性があり、
凍後の細胞をそのまま再生医療に利用きない。

さらに、高い生存率を得るための方法としては、Vitrification法――高濃度の凍結保護剤を用いて短時間に凍結する
ことで、氷晶の形成を抑制する方法――である。受精卵の保存等に有効性が示されているが、凍結保護剤に細胞の
為害作用のため、再生医療分野での応用や有効性が限られている。

冷凍食品の分野で用いられている磁気共鳴凍結法――被凍結物に電磁波を照射し該被凍結物中の水分子の水素原子
核に磁気共鳴を生じさせ、水分の氷結温度を降下させることで過冷却状態を作り出し、通常以下の氷結温度で急速
凍結させる。この方法を用いると、凍結開始から完了まで時間短縮され、氷晶の成長が抑制され、生鮮食品の鮮度
や風味を損なわない（願下図ダブクリ参照）―――に注目。

【特許請求の範囲】

【請求項１】 凍結保護剤の非存在下で、変動磁場中で細胞を凍結することを特徴とする細胞の凍結保存方法。
【請求項２】 請求項１に記載の細胞の凍結保存方法において、前記変動磁場が、周波数が５～２０Ｈｚ、磁束密度が１．５～
　　　　　　　　２．２Ｇの変動磁場であることを特徴とする細胞の凍結保存方法。

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通常、磁気共鳴凍結方法においては、１００Ｈｚ以下の交流電源に接続されたコイルに交流を流し、コイル中央部
において交流周波数に対応した周波数の変動磁場を形成させ、その磁場内で対象物の冷却を行うが、交流により形
成される変動磁場と過冷却状態との関係は十分には解明されいない。特に磁場の周波数と過冷却状態との関係は不
明であり、冷凍食品の分野では食材組織の構造の変化のみを防止すればよいが、再生医療の分野では、細胞生存能
力の維持が求められる。「特開2011-101602」では、磁場の周波数２００Ｈｚ以上で磁気共鳴凍結方法を用いた場
合、凍結保護剤に浸漬して凍結したラットの臓器の組織形態がよく保持されると報告されているが、組織を構成す
る細胞の生存能力については不明である。細胞の凍結が成功するためには、

（１）細胞の形、（２）細胞小器官や遺伝子に変異なく、（３）細胞が生存し続けるとともに増殖する能力を失っ
ていないことが必要で、幹細胞の凍結保存は、通常の細胞と比較して高い増殖活性を持つ細胞であり、高い増殖活
性の維持が重要である。にも関わらず、凍結保護剤非存在下で磁気共鳴凍結を行った場合の細胞の生存能力、特に
幹細胞の生存能力は全くの未知数であったが、

東京大学とＴＥＳホールディングス、アビーとの共同研究開発により凍結保護剤の非存在下で、変動磁場中で細胞
を凍結することを特徴とする細胞凍結保存方法で、この変動磁場の周波数が５～２０Ｈｚ、磁束密度が１.５～２.
２Ｇの変動磁場が好適で、この方法で凍結保存した細胞は、有害または生分解性の低い人工物を含まず移植等に直
接用いることが可能であり、凍結保護剤を用いることなく、細胞の生存能力が維持できる特許「特開2014-155443
細胞の凍結保存方法」がされることとなる。

尚、詳細は下図を願ダブクリ参照。　

特開2014-155443  細胞の凍結保存方法 国立大学法人 東京大学　他 2014年08月28

以上のように科学的には説明できずとも、工学的に制御の最適化することで従来では生存や活性リスクが高かった
事象を覆す事例が報告されている。これを「技術と工学の融合」と表現するのはいささか乱暴であるが、そのよう
な時代にあるということでは合意できるものと考えるがいかに。

※　関連特許事例

・特開2011-017512  被凍結物の凍結処理方法及び凍結装置 日新興業株式会社 2011年01月27日
・特開2014-214911  凍結装置 株式会社テクニカン 2014年11月17日
・特開2001-190257  カーボン発熱素子を使用した凍結、解凍、加熱又は保温装置並びにこれを用いた方法及び製
　品 ダイヤフレッシュフーズ株式会社　他 2001年07月17日
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   ●　今夜の一曲

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