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Fundamental study on the generation of reactive oxygen species in water and their effects on biological constituents by the irradiation of cold atmospheric pressure plasma

Research Project

Project/Area Number 16K08203
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Physical pharmacy
Research InstitutionNihon Pharmaceutical University

Principal Investigator

Anzai Kazunori  日本薬科大学, 薬学部, 教授 (70128643)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 土田 和徳  日本薬科大学, 薬学部, 准教授 (50406633)
高城 徳子  日本薬科大学, 薬学部, 講師 (80424068)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords大気圧低温プラズマ / 活性酸素種 / ヒドロキシルラジカル / スーパーオキシドラジカル / 一重項酸素 / 過酸化水素 / 脂質過酸化 / ESR / フリッケ線量計 / Tempol / スピントラップ / 酸素濃度効果 / ヘリウム流量 / 活性酸素 / スピントラッピング法 / 大気圧プラズマ
Outline of Final Research Achievements

Because application of cold atmospheric pressure plasma (CAPP) to biological samples have taken large attentions, it is important to examine the effects of various CAPP parameters on the generation of reactive species. We investigated the generation of reactive species in water by CAPP irradiation by changing the parameters: irradiation time, sample volume, and irradiation distance between the sample surface and plasma jet tip. It was confirmed that hydroxyl radical, superoxide radical, hydrogen radical, hydrogen peroxide (H2O2), singlet oxygen, NO2- are formed by the irradiation of CAPP, and that the generation depends on the irradiation distance. It was found that H2O2 is the major species formed by long distance irradiation. Irradiation by CAPP of liposomes caused TBARS in addition to lipid radical, suggesting that the peroxidation of liposomal lipids occurred via lipid radical caused by the reactive species produced by CAPP.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年、大気圧低温プラズマ(以下プラズマ)の医療への応用が注目を浴びており、多くの研究成果が発表されているが、その基礎となるメカニズムの研究は遅れている。今回、水へのプラズマの照射が活性酸素種を生成し、それは放射線とは違って照射距離に依存してかつ表面の反応であるという基礎的な知見が得られた。この知見を基盤として、医療へのプラズマの新たな応用を考えることができるとともに、医療以外の応用にも役立てることが出来る。

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2019 2018 2017 2016

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (18 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Reactivity of redox sensitive paramagnetic nitroxyl contrast agents with reactive oxygen species2019

    • Author(s)
      乳井 美奈子,中西 郁夫,安西 和紀,小澤 俊彦,松本 謙一郎
    • Journal Title

      Journal of Clinical Biochemistry and Nutrition

      Volume: 64 Issue: 1 Pages: 13-19

    • DOI

      10.3164/jcbn.17-135

    • NAID

      130007542327

    • ISSN
      0912-0009, 1880-5086
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Formation of reactive oxygen species by irradiation of cold atmospheric pressure plasma jet to water depends on the irradiation distance2019

    • Author(s)
      Anzai Kazunori、Aoki Tamami、Koshimizu Satoko、Takaya Reina、Tsuchida Kazunori、Takajo Tokuko
    • Journal Title

      Journal of Clinical Biochemistry and Nutrition

      Volume: 64 Issue: 3 Pages: 187-193

    • DOI

      10.3164/jcbn.18-102

    • NAID

      130007641470

    • ISSN
      0912-0009, 1880-5086
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effect of amifostine, a radiation-protecting drug, on oxygen concentration in tissue measured by EPR oximetry and imaging2017

    • Author(s)
      Megumi Ueno, Shingo Matsumoto, Atsuko Matsumoto, Ikuo Nakanishi, Ken-ichiro Matsumoto, James B. Mitchell, Murali C. Krishna, Kazuori Anzai
    • Journal Title

      Journal of Clinical Biochemistry and Nutrition

      Volume: 60 Issue: 3 Pages: 151-155

    • DOI

      10.3164/jcbn.15-130

    • NAID

      130005631988

    • ISSN
      0912-0009, 1880-5086
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] ラジカルが誘起する溶血に対するビタミンEの抑制効果2019

    • Author(s)
      安西和紀、塚原悠、塚田光帆、松本遥、塗木勇介、高城徳子
    • Organizer
      第30回ビタミンE研究会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 水への大気圧低温プラズマ照射による活性酸素種生成は照射距離に依存する2019

    • Author(s)
      安西和紀、青木珠美、小清水里子、高屋鈴奈、土田和徳、高城徳子
    • Organizer
      日本薬学会第139年会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 低温大気圧プラズマ照射による一重項酸素生成2019

    • Author(s)
      高城徳子、土田和徳、安西和紀
    • Organizer
      日本薬学会第139年会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] フリーラジカルが誘起する赤血球の溶血に対するビタミンEの抑制効果2018

    • Author(s)
      安西和紀、松本 遥、塚原 悠、塚田光帆、高城徳子
    • Organizer
      第71回日本酸化ストレス学会学術集会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Formation of reactive oxygen species by the irradiation of cold atmospheric pressure plasma to water2018

    • Author(s)
      Kazunori Anzai, Tamami Aoki, Satoko Koshimizu, Reina Takaya, Kazunori Tsuchida, Tokuko Takajo
    • Organizer
      The 19th biennial meeting for the society for Free Radical Reserch International
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Biological Applications of Stable Nitroxide Radicals as Redox Sensitive Compounds2018

    • Author(s)
      Kazunori Anzai, Ken-ichiro Matsumoto, Ikuo Nakanishi
    • Organizer
      International Conference of Modern Trends in Natural Sciences and Advanced Technologies in Science Education
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] CO2-Ar雰囲気中における水溶液の超音波反応。CO2濃度とOHラジカル量のESR研究2018

    • Author(s)
      小野佑樹、田中寿、尻無清明、安西和紀、原田久志
    • Organizer
      USE2018 超音波の応用と基礎に関するシンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 大気圧低温プラズマによる活性酸素生成とリポソーム膜の過酸化2018

    • Author(s)
      安西和紀、小清水里子、篠田航、上野健太、福田詩織、垣内香奈、高城徳子、土田和徳
    • Organizer
      日本薬学会第138年会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 一重項酸素消去活性測定法の検討―ESRを用いた簡易的測定方法―2018

    • Author(s)
      高城徳子、丸山貴史、栗原義暢、土田和徳、安西和紀
    • Organizer
      日本薬学会第138年会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] リポソーム膜の脂質過酸化におけるFe2+を含むいくつかの酸化剤の作用機構の違い2017

    • Author(s)
      竹安結花子、高城徳子、土田和徳、安西和紀
    • Organizer
      日本薬学会第137年会
    • Place of Presentation
      仙台国際センター
    • Year and Date
      2017-03-24
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] ESRを用いた一重項酸素測定法の検討2017

    • Author(s)
      高城徳子、岩瀬弘大、栗原義暢、土田和徳、安西和紀
    • Organizer
      日本薬学会第137年会
    • Place of Presentation
      仙台国際センター
    • Year and Date
      2017-03-24
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 水への大気圧低温プラズマ照射による活性酸素種生成に関する基礎的検討2017

    • Author(s)
      土田和徳、青木珠美、小清水里子、高屋鈴奈、高城徳子、安西和紀
    • Organizer
      日本薬学会第137年会
    • Place of Presentation
      仙台国際センター
    • Year and Date
      2017-03-24
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 放射線により生成する活性酸素種生成量および酸化反応量の定量的評価2017

    • Author(s)
      松本謙一郎、上野恵美、乳井美奈子、小川幸大、上林將人、関根絵美子、中西郁夫、安西和紀、小澤敏彦
    • Organizer
      日本薬学会第137年会
    • Place of Presentation
      仙台国際センター
    • Year and Date
      2017-03-24
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 水への大気圧低温プラズマ照射による活性酸素種生成に関する基礎的検討2017

    • Author(s)
      土田和徳、青木珠美、小清水里子、高屋鈴奈、高城徳子、安西和紀
    • Organizer
      第70回日本酸化ストレス学会学術集会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 鉄を含むいくつかの酸化剤によるEggPCリポソームの脂質過酸化の比較2017

    • Author(s)
      竹安結花子、高城徳子、土田和徳、安西和紀
    • Organizer
      第70回日本酸化ストレス学会学術集会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] ESRを用いた一重項酸素消去活性系の確立2017

    • Author(s)
      高城徳子、栗原義暢、丸山貴史、土田和徳、安西和紀
    • Organizer
      第70回日本酸化ストレス学会学術集会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] 一重項酸素消去活性系を測定するための基礎的検討2017

    • Author(s)
      高城徳子、栗原義暢、丸山貴史、土田和徳、安西和紀
    • Organizer
      第56回電子スピンサイエンス学会年会(SEST2017)
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] Gauche型立体構造を有する高純度・高性能スピントラップG-CYPMPO2016

    • Author(s)
      上林將人,小川幸大,有光健治,安井裕之,中西郁夫,松本謙一郎,岡壽崇,山下真一,安西和紀,小澤敏彦
    • Organizer
      第55回電子スピンサイエンス学会年会(SEST2016)
    • Place of Presentation
      大阪市立大学学術情報センター
    • Year and Date
      2016-11-10
    • Related Report
      2016 Research-status Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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