超音波によるがん治療をめざした遺伝子導入とアポトーシス誘導の基礎的研究

• Project/Area Number: 12217049
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Toyama Medical and Pharmaceutical University
• Principal Investigator: 近藤 隆 富山医科薬科大学, 医学部, 教授 (40143937)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小川 良平 富山医科薬科大学, 医学部, 講師 (60334736) ; 趙 慶利 (趙 ちん利) 富山医科薬科大学, 医学部, 教務職員 (90313593) ; 田淵 圭章 (田渕 圭章) 富山医科薬科大学, 生命科学実験センター, 助教授 (20322109) ; 田邊 清司 富山医科薬科大学, 医学部, 助手 (30293301)
• Project Period (FY): 2000 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥42,600,000 (Direct Cost: ¥42,600,000); Fiscal Year 2004: ¥9,400,000 (Direct Cost: ¥9,400,000); Fiscal Year 2003: ¥9,000,000 (Direct Cost: ¥9,000,000); Fiscal Year 2002: ¥9,000,000 (Direct Cost: ¥9,000,000); Fiscal Year 2001: ¥8,200,000 (Direct Cost: ¥8,200,000); Fiscal Year 2000: ¥7,000,000 (Direct Cost: ¥7,000,000)
• Keywords: 超音波 / 遺伝子導入 / 遺伝子発現 / アポトーシス / キャビテーション / がん治療 / フリーラジカル / 熱作用 / 超音波造影剤 / cDNAマイクロアレイ / DNAマイクロアレイ / ヘムオキシゲナーゼ1 / ハイパーサーシア

Research Abstract

超音波は癌の診断に幅広く用いられているが、高密度焦点式超音波を用いた癌治療等、治療への応用が期待されている。物理的エネルギーの癌治療への応用と最適化を目指して、超音波、放射線および温熱を対象に作用を比較し研究を進めてきた。本年は特にアポトーシスに関連した細胞内活性酸素の役割の解明を目的とした。超音波で顕著に発現誘導されるヘムオキシゲナーゼ-1の遺伝子および蛋白質の発現を、照射後に添加したヒドロキシル(OH)ラジカル除去剤が効率的に抑制することを明らかにした。放射線および温熱アポトーシスに対する抗酸化剤の影響についても検討し、アポトーシス抑制効果は単純にOHラジカルおよびスーパーオキシドの消去活性に依存しないことが判明した。温熱によって発現が変動する遺伝子をマイクロアレイ解析で調べたところ、時間変化により4つの遺伝子群に分類できた。最も発現変化の大きかった遺伝子はc-junであった。同蛋白質およびmRNAの発現は抗酸化剤で抑制され、本遺伝子は温熱による細胞内酸化ストレスの指標となることを示した。スピン捕捉剤であるPBNは酸化ストレスにより一酸化窒素(NO)を遊離することから、温熱との併用を検討したところ、NOおよびONOOによるアポトーシス増強作用を新たに見いだした。超音波による遺伝子導入については超音波造影剤YM454とLevovistについて前立腺癌細胞を用いて比較し、同じ生存率条件では前者が約50倍優れることが判明した。超音波は遺伝子導入、アポトーシス誘導および遺伝子発現の制御に利用でき、将来の癌治療に有用と思われる。

Research Products

• [Journal Article] Role of intracellular calcium ions and reactive oxygen species in apoptosis induced by ultrasound. (2004)
  • Author(s): Honda, H., et al.
  • Journal Title: Ultrasound Med.Biol. 30 Pages: 683-692
• [Journal Article] Biological effects of low intensity ultrasound : the mechanism involved, and its implications on therapy and on biosafety of ultrasound. (2004)
  • Author(s): Feril, Jr.L.B., Kondo T.
  • Journal Title: J.Radiat.Res. 45 Pages: 479-489
  • NAID: 110004041051
• [Journal Article] Ultrasound mediated intravesical transfection enhanced by treatment with lidocaine or heat. (2004)
  • Author(s): Ogawa R., et al.
  • Journal Title: J.Urol. 172 Pages: 1469-1473
• [Journal Article] Enhancement of radiation-induced apoptosis by 6-formylpterin. (2004)
  • Author(s): Cui, Z.-G., et al.
  • Journal Title: Free Radical Res. 38 Pages: 363-373
• [Journal Article] Biological effects of low intensity therapeutic ultrasound in vitro : the potentials for therapy and the implications on safety of diagnostic ultrasound. (2004)
  • Author(s): Feril, Jr.L.B., Kondo T.
  • Journal Title: Int.Congress Series 1274 Pages: 133-140
• [Journal Article] Enhancement of ultrasound-induced apoptosis cell lyses by a hypotonic medium. (2004)
  • Author(s): Feril, Jr.L.B., et al.
  • Journal Title: Int.J.Radiat.Biol. 80 Pages: 165-175
• [Journal Article] Ultrasound-induced killing of monocytic U937 cells enhanced by 2,2'-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride. (2004)
  • Author(s): Feril, Jr.L.B., et al.
  • Journal Title: Cancer Sci. 95 Pages: 181-185
• [Book] 超音波医学最前線 新技術と臨床応用 (2004)
  • Author(s): 田淵圭章, 近藤 隆(分担)
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 医歯薬出版
• [Publications] Feril, Jr.L.B., et al.: "Dose dependent inhibition of ultrasound-induced cell killing and free radical production by carbon dioxide."Ultrasonics Sonochemistry. 10. 81-84 (2003)
• [Publications] Feril, Jr.L.B., et al.: "Enhancement of ultrasound-induced apoptosis and cell lysis by echo contrast agents."Ultrasound Med.Biol.. 29. 331-337 (2003)
• [Publications] Kondo, T., et al.: "Optimization of Enhancement of Therapeutic Efficacy of Ultrasound."J.Med.Ultrasound. 30 Summer. 93-101 (2003)
• [Publications] Nozaki T., et al.: "Enhancement of ultrasound-mediated gene transfection by membrane modification."J.Gene Med.. 5. 1046-1055 (2003)
• [Publications] Feril, Jr.L.B., et al.: "Enhancement of ultrasound-induced apoptosis and cell lysis by a hypotonic medium."Int.J.Radiat.Biol.. (in press).
• [Publications] Feril, Jr.L.B., et al.: "Ultrasound-induced killing of monocytic U937 cells enhanced by 2,2'-azobis(2-amidinopropane) dihydrochloride"Cancer Sci.. (in press).
• [Publications] 近藤 隆: "超音波造影ガイドブック"金原出版. 8 (2003)
• [Publications] Tabuchi, Y. et al.: "DNA microarray analyses of genes elicited by ultrasound in human U 937 cells"Biochem. Biophys. Res. Commun.. 290. 498-503 (2002)
• [Publications] Arai Y.et al.: "Enhancement of hyperthermia-induced apoptosis by local anesthetics on human hystiocytic lymphoma U937 cells"J. Biol Chem.. 277・21. 18986-18993 (2002)
• [Publications] Feril, Jr.L.B.et al.: "Enhancement of hyperthermia-induced apoptosis by nonthermal effects of ultrasound"Cancer Lett.. 178. 63-70 (2002)
• [Publications] Kojima, M. et al.: "Protective effects of cimetidine on radiation-induced micronuclei and apoptosis in human peripheral blood lymphocytes"Free Radical Res.. 36・3. 255-263 (2002)
• [Publications] Ogawa, R. et al.: "Effects of dissolved gases and an echo contrast agent on ultrasound mediated in vitro gene transfection"Ultrason. Sonochem.. 9. 197-203 (2002)
• [Publications] Honda, H. et al.: "Effects of dissolved gases and an echo contrast agent on apoptosis induced by ultrasound and its mechanism vis the mitochondria-caspase pathway"Ultrasound Med. Biol.. 28・5. 673-682 (2002)
• [Publications] 林陽子 他: "磁気共鳴と医学 vol.13"日本医学館. 146-149 (2002)
• [Publications] Kameda K. et al.: "The role of intracellular Ca2+ in apoptosis induced by hypertherumia and its enhancement by verapamil in U 937 cells"Int.J.Radiat.Oncol.Biol.Phys.. 49・5. 1369-1379 (2001)
• [Publications] Li F.-J.et al.: "Enhancement of hyperthemia-induced apoptosis by a free radical initiator, 2,2'-azobis(2-amdinopropane) dihydrochloride, in human histiocytic lymphoma U 937 cells"Free Radical Res.. 35. 281-299 (2001)
• [Publications] Fukuda S.et al.: "Frequency dependence of free radical formation by ultrasound in the presence of different rare gases"Jpn.J.Applied Phys.. 40. 3493-3494 (2001)
• [Publications] Shoji M.et al.: "A convenient method for discriminating between natural and depleted uranium by γ-ray spectrometry"Applied Radiat.Isotopes. 55. 221-227 (2001)
• [Publications] Tabuchi Y.et al.: "DNA microarray analyses of genes elicited by ultrasound in human U 937 cells"Biochem.Biophys.Res.Commun.. 290. 498-503 (2001)
• [Publications] Ogawa R.et al.: "Effects of dissolved gases and an echo contrast agent on ultrasound mediated in vitro gene transfection"Ultrason.Sonochem.. (in press). (2002)
• [Publications] 趙 ちん利他: "磁気共鳴と医学Vol.12"日本医学館. 3 (2001)
• [Publications] Li M. et al.: "Apoptosis induced by cadmium in human lymphoma U937 cells through Ca^<2+>-calpain and caspase-mitochondria dependent pathways."J.Biol.Chem.. 275・50. 39702-39709 (2000)
• [Publications] Kondo T. et al.: "Novel therapeutic application of ultrasound. Form utilization of thermal and cavitational effects."Jpn.J.Hyperthermic Oncol.. 16・4. 203-216 (2000)
• [Publications] Tanabe K. et al.: "Chemical sensitization of apoptosis induced by hyperthermia."Jpn.J.Hyperthermic Oncol.. 16・4. 217-227 (2000)
• [Publications] Kameda K. et al.: "Role of intracellular Ca^<2+> in apoptosis induced by hyperthermia and its enhancement by verapamil in U 937 cells."Int.J.Radiat.Oncol.Biol.Phys.. (in press).
• [Publications] Li F.-J. et al.: "Enhancement of hyperthermia-induced apoptosis by a free radical initiator, 2,2'-azobis(2-amidinopropane) dihydrochloride, in human histiocytic lymphoma U937 cells."Free Radical Res.. (in press).
• [Publications] Fukuda S. et al.: "Frequency dependence of free radical formation by ultrasound in the presence of different rare gases."Jpn.J.Applied Phys.. (in press).
• [Publications] 近藤隆 他: "磁気共鳴と医学"日本医学館. 6 (2000)
• [Publications] 近藤隆 他: "超音波造影ガイドブック"金原出版(印刷中).