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Elucidation of Maintenance Mechanism of Tissue Regenerative Potential of Bone Marrow Stem Cells by NO-mediated Cell Competition against Particle Radiation Damage

Research Project

Project/Area Number 20H03620
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 52040:Radiological sciences-related
Research InstitutionUniversity of Fukui

Principal Investigator

MATSUMOTO Hideki  福井大学, 学術研究院医学系部門, シニアフェロー (40142377)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 前田 宗利  公益財団法人若狭湾エネルギー研究センター, 研究開発部, 主任研究員 (20537055)
平山 亮一  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 重粒子線治療研究部, 主任研究員(定常) (90435701)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥16,380,000 (Direct Cost: ¥12,600,000、Indirect Cost: ¥3,780,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2020: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
Keywords組織再生能維持機構 / 骨髄幹細胞 / 粒子放射線 / 細胞競合 / 回復動態 / 放射線感受性 / 粒子線障害 / 組織再生能 / 粒子線 / 組織修復 / 一酸化窒素
Outline of Research at the Start

粒子線がん治療における正常組織の粒子線被ばくの安全性を示す生物学的根拠は得られていない。研究代表者らは粒子線に対する細胞応答において一酸化窒素(NO)が重要な役割を果たしていることを明らかにしてきている。
本研究は粒子線がん治療における正常組織での粒子線被ばくの安全性を放射線治療生物学的に実証するために、粒子線照射した正常およびNO合成酵素欠損マウスの骨髄幹細胞動態(生存率・アポトーシス誘発率・損傷細胞の排除動態・特異的遺伝子/タンパク質発現動態など)を解析し、骨髄幹細胞の粒子線障害に対するNOを介した細胞競合による組織再生能維持機構を明らかにする。

Outline of Final Research Achievements

The surviving fraction of bone marrow-derived hematopoietic stem cells/pluripotent progenitor cells in normal mice after a single 5 Gy whole-body irradiation with X-rays, protons, or carbon beams was about 0.03-0.1 at 24 hours after irradiation, about 0.1 at 7 days, and recovered to about 0.2-0.7 after 14 days.
These results suggest that the DNA damage response mechanism is not induced in damaged bone marrow-derived hematopoietic stem cells/pluripotent progenitor cells and is eliminated, and that bone marrow tissue recovery is induced by new bone marrow-derived hematopoietic stem cells/pluripotent progenitor cells after 7 days of irradiation.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

X線と比較して、粒子線により損傷した骨髄由来造血幹細胞/多能性前駆細胞の回復が遅延することが示され、粒子線がん治療における治療計画作成時において、照射野内に含まれる骨髄組織の被ばくを極力避けるようにすべきであることが示唆された。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (60 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (26 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Open Access: 20 results,  Peer Reviewed: 18 results) Presentation (33 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 11 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] 放射線による副作用を抑制・緩和する薬剤の開発に向けた生物学的検討(1)2023

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      scientific reports

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 8718-8718

    • DOI

      10.1038/s41598-022-12293-3

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      J Radiat Res

      Volume: in press Issue: 4 Pages: 1-1

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      Scientific Rep.

      Volume: 11 Issue: 1

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      10.1038/s41598-021-92213-z

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      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: 585 Pages: 55-60

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      10.1016/j.bbrc.2021.11.004

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      Cancers

      Volume: 13 Issue: 23 Pages: 6046-6046

    • DOI

      10.3390/cancers13236046

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      Cancers (Basel)

      Volume: 13 Issue: 6 Pages: 1356-1356

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      Hirayama R, Ito A, Uzawa A, Matsumoto Y, Noguchi M, Li H, Suzuki M, Ando K, Okayasu R, Hasegawa S, Furusawa Y.
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      Radiat Res

      Volume: in press Issue: 5 Pages: 1-1

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      Volume: 14;16 Pages: 359-370

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      Transactions of the Materials Research Society of Japan

      Volume: 45 Issue: 4 Pages: 89-96

    • DOI

      10.14723/tmrsj.45.89

    • NAID

      130007884018

    • ISSN
      1382-3469, 2188-1650
    • Year and Date
      2020-08-01
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      Salad-Leza D, Porcel E, Yang X, Stefancikova L, Bolsa-Ferruz M, Savina F, Dragoe D, Guerquin-Kern J-L, Wu T, Hirayama R, Remita H, Locombe S.
    • Journal Title

      Nanotech Sci Appl

      Volume: 13 Pages: 61-76

    • DOI

      10.2147/nsa.s257392

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      Le Sech C, Hirayama R.
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      Volume: 159 Pages: 103-106

    • DOI

      10.1016/j.freeradbiomed.2020.06.019

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    • Author(s)
      余語 克紀,村山 千恵子,藤澤 義樹,前山 拓哉,平山 亮一,松本 謙一郎,中西 郁夫,保田 浩志,石山 博條,早川 和重
    • Journal Title

      Radiation Research

      Volume: 印刷中 Issue: 6 Pages: 513-519

    • DOI

      10.1667/rr15502.1

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      Usami N, Hirayama R, Kobayashi K, Furusawa Y, Le Sech C.
    • Journal Title

      Int J Radiat Biol

      Volume: 96 Issue: 5 Pages: 622-627

    • DOI

      10.1080/09553002.2020.1721594

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      Xu Xu, Toshiaki Nakano, Masataka Tsuda, Ryota Kanamoto,Ryoichi Hirayama, Akiko Uzawa and Hiroshi Ide
    • Journal Title

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      Volume: 48(3) Issue: 3 Pages: e18-e18

    • DOI

      10.1093/nar/gkz1159

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    • Author(s)
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    • Journal Title

      Quantum Beam Sci

      Volume: 4 Issue: 4 Pages: 38-38

    • DOI

      10.3390/qubs4040038

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    • Organizer
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    • Author(s)
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      前田宗利
    • Organizer
      第1回日本量子医科学会学術大会
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      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Analysis of the mechanism of cell death by energy deposition to local sites in cells using synchrotron radiation X-ray microbeams.2021

    • Author(s)
      前田宗利
    • Organizer
      日本マイクロビーム生物研究会2021年度シンポジウム
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      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 異種放射線の併用によるがん治療の高度化に向けた治療生物学的な研究.2021

    • Author(s)
      前田宗利
    • Organizer
      公益財団法人若狭湾エネルギー研究センター第23回研究報告会
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      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 膵癌マウス皮下モデルにおける陽子線照射と抗PD-L1抗体投与による抗腫瘍効果.2021

    • Author(s)
      酒井佳夫、ナスティ・アレッサンドロ、ホ・ ティ・ ビー・ ティエン、宮澤正樹、久米恭、前田宗利、佐々木誠、金子周一
    • Organizer
      第52回膵臓学会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 陽子・炭素・ヘリウム線・BNCT などの粒子線による 神経細胞・脳血液関門に対する生物学的影響の評価.2021

    • Author(s)
      近藤夏子、櫻井良憲、高田卓志、鈴木実、前田宗利、久米恭
    • Organizer
      第17回日本中性子捕捉療法学会学術大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 1 回大線量のによる生物効果軽減のメカニズム.2021

    • Author(s)
      平山亮一
    • Organizer
      第 20 回九州放射線治療システム研究会
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      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 培養細胞における高LET放射線誘発致死損傷:生物学的効果比(RBE)と酸素増感比(OER)における放射線の直接作用と間接作用の関連性.2021

    • Author(s)
      平山亮一、鵜澤玲子、高野勇貴、平野祥之、長谷川純崇
    • Organizer
      日本放射線影響学会第64回大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 低酸素環境下における光子ならびに重粒子放射線が与える生物効果の機構解明.2021

    • Author(s)
      平山亮一
    • Organizer
      第58回アイソトープ・放射線研究発表会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 細胞への放射線照射によってDNA中に生じた損傷の可視化.2020

    • Author(s)
      中野敏彰、赤松 憲、鹿園直哉、平山亮一、玉田太郎、廣本武史
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      量子生命科学会第2回大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 重イオン線トラックによるDNA酸化損傷領域の蛍光抗体法による定量化:バックグラウンド低減処理による改善.2020

    • Author(s)
      浦野建太、伊藤 敦、高野勇貴、吉田茂生、平山亮一、古澤佳也、舟山知夫、横田裕一郎
    • Organizer
      QST高崎サイエンスフェスタ2020
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Micronucleus formation by X-ray in CHO cells in hypoxia.2020

    • Author(s)
      Hirayama R, Tabrez-Ahmed-Takano Y, Uzawa A, Hasegawa S.
    • Organizer
      日本放射線影響学会第63回大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Analysis of track structure using 8-OHdG in DNA sheet irradiated with heavy ions under oxic and hypoxic conditions.2020

    • Author(s)
      Tabrez-Ahmed-Takano Y, Urano K, Ito A, Ouchi F, Hirayama R, Furusawa Y, Funayama T, Yokota Y.
    • Organizer
      日本放射線影響学会第63回大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Quantitative estimation of low-LET penumbra area induced by heavy ion particles using OH radical induced guanine damage (8-OHdG): Further analysis including background noise reduction process.2020

    • Author(s)
      Urano K, Ito A, Takano Y, Ouchi F, Hirayama R, Furusawa Y, Funayama T, Yokota Y.
    • Organizer
      日本放射線影響学会第63回大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Time course up to one year of mouse skin shrinkage and cell survival parameters after therapeutic carbon ion beams.2020

    • Author(s)
      Ando K, Koike S, Matsufuji N, Hirayama R, Yoshida Y.
    • Organizer
      日本放射線影響学会第63回大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Irradiation sequence in combined radiation exposure modifies the cellular radiosensitivity.2020

    • Author(s)
      Maeda M, Maeda M, Matsumoto H, Tomita M, Kume K.
    • Organizer
      日本放射線影響学会第63回大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 粒子線がん治療の高度化を目指したエネ研における医療分野の取組み-エネ研粒子線医療研究の過去・現在・未来-2020

    • Author(s)
      前田宗利
    • Organizer
      公益財団法人若狭湾エネルギー研究センター第22回研究報告会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 陽子線頭頚部がん治療時に発症する放射線性口腔粘膜障害を克服できるか?2020

    • Author(s)
      松本英樹、前田宗利
    • Organizer
      公益財団法人若狭湾エネルギー研究センター第22回研究報告会
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  • [Presentation] Lysophosphatidyl acid is involvedin radiation brain necrosis throughchronic microglial activation.2020

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      Kondo N, Sakurai Y, Kano K, Takata T, Kume K, Maeda M, Setou M, Aoki J, Suzuki M.
    • Organizer
      日本放射線腫瘍学会第33回学術大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Book] 第1種放射線取扱主任者試験マスター・ノート 4th Edition2021

    • Author(s)
      波戸芳仁、萩原雅之、横田繁昭、平山亮一、加藤真介、佐藤斉、井上一雅
    • Total Pages
      404
    • Publisher
      メジカルビュー社
    • ISBN
      9784758320375
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      2020 Annual Research Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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