Experimental research on the biological action of nanosecond pulsed electric fields and its evolving to medical technology
| Project/Area Number |
23K20929
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| Project/Area Number (Other) |
21H01313 (2021-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21010:Power engineering-related
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
下村 直行 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(理工学域), 教授 (90226283)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宇都 義浩 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(生物資源産業学域), 教授 (20304553)
親泊 政一 徳島大学, 先端酵素学研究所, 教授 (90502534)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
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| Keywords | 電気生体作用 / パルス電界 / がん / 小胞体ストレス応答 / ナノ秒パルス電界 / 生体作用 / 癌細胞 / アポトーシス / バイオエレクトリクス |
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| Outline of Research at the Start |
パルス電界の生体に対する影響を検討する。例えばパルス電界は，細胞死を誘導したり，この細胞死を回避させたりする。これらをパルス電界の条件によりコントロールできれば，新たな医療技術に繋がる。ナノ秒パルス電界による小胞体ストレス応答誘導とがん細胞のアポトーシス誘導を対象に，ナノ秒パルス電界の影響と応答反応の機序を実験研究する。がん細胞にアポトーシスを効果的に誘導できれば，低侵襲ながん治療技術となる。小胞体ストレスは糖尿病などの原因とされており，小胞体ストレス応答の誘導方法として確立できれば，あらたな医用技術となる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ナノ秒パルス電界印加の生体に対する影響と応答反応の機序を実験研究し，低侵襲な医用技術に結びつけることを目的に，がん細胞へのナノ秒パルス電界印加実験とナノ秒パルス電界印加による小胞体ストレス応答の誘導実験，およびそのためのパルス電界印加技術とそのシステムの開発を進めた。
がん細胞のアポトーシス誘導に関する実験研究においては，細胞懸濁液を対象にパルス電圧を印加する際のパルス電源と細胞懸濁液のインピーダンス整合とそれによる印加電界の上昇を目的に，インピーダンスを低下させたブルームラインパルス形成線路の開発を行い，実験に供した。印加電界は高めることができた。一方，インピーダンス整合についてさらに調整を行う必要があることが分かった。細胞計数装置を導入してパルス電界印加直後の生死細胞を測定し，印加24時間後の細胞生存率の結果と合わせることで，パルス印加実験のプロトコルの改善を行うことができた。その結果，パルス幅20nsのパルス電界がアポトーシスの誘導に適していると推測することができた。
小胞体ストレス応答誘導の実験研究においても，新たに前述のブルームラインパルス形成線路を導入して実験を行った。小胞体ストレス応答（UPR）により緑色蛍光タンパク質（Green Fluorescent Protein, GFP）を生成する293A細胞にパルス電界を印加したところ，蛍光観察の結果からはわずかではあるが緑色蛍光の発光が増しているように思われた。一方，マイクロプレートリーダーを用いた蛍光計測からは適切な結果が得られなかった。検討の結果，マイクロプレートリーダーの不調が原因と考えるに至った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
がん細胞に関する実験では，学内設備のフローサイトメーターの修理後も不調が続いており，実験の準備と相まってアポトーシステストの結果を出すには至らなかった。この遅れにより，計画していた発育鶏卵法による動物実験も実験の準備を整えるに留まった。この動物実験については，学内の規則に定める実験施設の要件を整えるのに時間を要したことも一つの要因である。
小胞体ストレス応答誘導の実験においては，実験プロトコルの整備や実験技術の向上は行われたが，蛍光発光の定量を行うマイクロプレートリーダーで，しばしば異常なデータを示すことがあり，信頼性の観点から明確な結果を示すには至らなかった。マイクロプレートリーダーの不調が原因と考えるに至っている。本実験でも発育鶏卵法による動物実験の導入の可否を確認する予定であったが，実験の準備に留まり，確認には至らなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず，フローサイトメーターの安定した結果を得られるプロトコルの開発と，もしくは装置の不調があればその原因特定と対策が優先課題である。不調があっても高額であっては修理できない可能性がある。この場合，代替の方法を検討する必要がある。加えて，マイクロプレートリーダーによる測定の問題解決も優先される。そして信頼性を高め，それぞれの対象に適したパルス条件の探索をさらに進める。このために必要なパルス発生装置の整備を進める。
発育鶏卵法による動物実験の準備は整ったので，上記と並列しつつ，実験を本格的に開始する。ただし経験に乏しく実験技術の向上は不可欠である。動物実験においては，パルス電界印加技術の開発も重要であり，また研究テーマの一つであって，総合して進めていく。
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Report
(2 results)
Research Products
(5 results)
