プラズマ照射に対する細胞応答の分子機構 －安全なプラズマ医療を目指した学術基盤－

• Project Area: Plasma medical innovation
• Project/Area Number: 25108511
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Gifu Pharmaceutical University
• Principal Investigator: 足立 哲夫 岐阜薬科大学, 薬学部, 教授 (40137063)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000); Fiscal Year 2014: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2013: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: プラズマ医療 / 活性酸素 / ストレス / シグナル伝達 / アポトーシス

Outline of Annual Research Achievements

近年、プラズマ照射の医療への応用が急速に進み、有為な効果が示されているものの、その効果を証明するメカニズムについては未解明な部分が多い。プラズマ照射法としては細胞培養系に直接プラズマを照射する方法（直接法）と、別にプラズマ照射した培地を細胞に負荷する間接法があるが、より安全性が高く適応が広いと考えられる間接法を用いて、がん細胞に対するアポトーシス誘導を検証するとともに、そのメカニズムについて詳細に検討し以下の結果を得た。
プラズマを照射したDMEM培地（PAM）には照射時間依存的に培地内のH2O2量が蓄積し、ヒト肺胞基底上皮腺癌細胞A549細胞に負荷した場合の細胞死誘導活性が増大した。その活性はcatalase、ピルビン酸、その他の抗酸化物質の添加により抑制された。PAM処理によりA549細胞のミトコンドリア膜電位の低下（JC-1染色）、poly(ADP-ribose) polymerase-1（PARP-1）の活性化とそれに伴うNAD+、ATPの枯渇が誘導された。また、PARP-1活性化はadenine 5’-diphosphoribose（ADPR）蓄積とそれにより引き起こされるtransient receptor potential-melastatin 2（TRPM2）活性化、さらにカルシウム流入を誘導し、最終的に細胞を死に至らしめることが明らかになった。一方、caspase-3の活性化や細胞死に対するcaspase阻害剤の抑制作用が認められなかったこと、ミトコンドリアからのチトクロムCの遊離が確認されなかったことから、PAMによる細胞死はcaspase非依存性アポトーシスに依ることが示唆された。
一方、弱いプラズマ照射条件にて調製したmild PAMによるストレス抵抗性獲得についても、ヒト線維芽細胞を用いた実験からその活性が確認され、メカニズムとしてhemeoxygenase-1（HO-1）の誘導が確認された。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Plasma-activated medium-induced A549 cell injury by a spiral apoptotic cascade involving the mitochondrial-nuclear network and plasma membrane (2015)
  • Author(s): T. Adachi, H. Tanaka, H. Hara, S. Kondo, M. Hori
  • Journal Title: Free Radical Biology & Medicine Volume: 79 Pages: 28-44
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2014.11.014
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Intermolecular interaction of cyclodextrin derivatives immobilized onto the self-assembled phospholipid layer fabricated by plasma-assisted method (2014)
  • Author(s): Kondo S, Suzuki M, Sasai Y, Yamauchi Y, Kuzuya M
  • Journal Title: J. Photopolym. Sci. Technol. Volume: 27 Pages: 385-388
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of amphiphilic blockcopolymer using mechanically produced macromonomers possessing anhydrate as a terminal group and its application to polymeric micelles (2014)
  • Author(s): Kondo S, Omoto M, Sawama Y, Sasai Y, Tatematsu K, Yamauchi Y, Kuzuya M
  • Journal Title: J. Phar. Nutrit. Sci. Volume: 4 Pages: 37-42
• [Journal Article] Immobilization of cyclodextrin derivatives onto the self-assembled phospholipid layer fabricated by plasma-assisted method (2013)
  • Author(s): Kondo S, Suzuki M, Sasai Y, Yamauchi Y, Kuzuya M
  • Journal Title: J. Photopolym. Sci. Technol. Volume: 26 Pages: 545-548
  • Peer Reviewed
• [Presentation] プラズマ照射培地による癌細胞アポトーシスへの鉄イオンの関与 (2015)
  • Author(s): 足立哲夫，野々村早帆，堀場美の里，平山 祐，神谷哲朗，永澤秀子，原 宏和
  • Organizer: 第68回日本酸化ストレス学会学術集会
  • Place of Presentation: 鹿児島
  • Year and Date: 2015-06-11 – 2015-06-12
• [Presentation] Formation and deformation of inclusion complex of cyclodextrin derivatives immobilized onto the self-assembled phospholipid layer fabricated on hydrophobic polymer surface by plasma-assisted method (2015)
  • Author(s): Kondo S, Kusumoto T, Takashima K, Sasai Y, Yamauchi Y, Kuzuya M
  • Organizer: ISPlasma2015/IC-PLANT2015
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2015-03-26 – 2015-03-31
• [Presentation] プラズマ照射培地によるA549細胞傷害への鉄イオンの関与 (2015)
  • Author(s): 野々村早帆，平山 祐，神谷哲朗，原 宏和，永澤秀子，足立哲夫
  • Organizer: 日本薬学会第135年会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-03-25 – 2015-03-28
• [Presentation] プラズマ照射培地により惹起される細胞死における細胞内遊離亜鉛の関与 (2015)
  • Author(s): 谷口美紘，原 宏和，神谷哲朗，足立哲夫
  • Organizer: 日本薬学会第135年会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-03-25 – 2015-03-28
• [Presentation] プラズマ照射培地による亜鉛シグナルの活性化は細胞死を惹起する ―プラズマ照射に対する細胞応答の分子機構― (2015)
  • Author(s): 原 宏和，谷口美紘，神谷哲朗，足立哲夫
  • Organizer: 第４回新学術領域研究「プラズマ医療科学の創成」全体会議
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-22
• [Presentation] Plasma-activated medium induced cancer cell injury by a spiral apoptotic cascade involving the mitochondrial-nuclear network (2015)
  • Author(s): Adachi T, Tanaka H, Nonomura S, Kamiya T, Hara H, Kondo S, Hori M
  • Organizer: The Second International Workshop on Plasma for Cancer Treatment (IWPCT2015)
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-17
  • Invited
• [Presentation] Cancer therapy using plasma-activated medium and the intracellular molecular mechanism (2015)
  • Author(s): Tanaka H, Mizuno M, Ishikawa K, Takeda K, Hashizume H, Nakamura K, Utsumi F, Kajiyama H, Kano H, Okazaki Y, Toyokuni S, Maruyama F, Adachi T, Kaneko H, Terasaki H, Kodera Y, Kikkawa S, Hori M
  • Organizer: The Second International Workshop on Plasma for Cancer Treatment (IWPCT2015)
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-17
• [Presentation] Identification of anti-tumor factors in the plasma-activated medium (2015)
  • Author(s): Nakamura K, Kajiyama H, Utsumi F, Tanaka H, Ishikawa K, Okazaki Y, Kano H, Toyokuni S, Mizuno M, Hori M, Kikkawa F
  • Organizer: The Second International Workshop on Plasma for Cancer Treatment (IWPCT2015)
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-17
• [Presentation] Association of iron homeostasis with sensitivity to non-thermal plasma in rat malignant mesothelioma cells (2015)
  • Author(s): Shi L, Richardson DR, Wang Y, Okazaki Y, Tanaka H, Toyokuni S
  • Organizer: The Second International Workshop on Plasma for Cancer Treatment (IWPCT2015)
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-17
• [Presentation] Non-equilibrium atomospheric pressure plasma (NEAPP) generates oxidative injury (2015)
  • Author(s): Okazaki Y, Wang Y, Tanaka H, Mizuno M, Nakamura K, Kajiyama H, Kano H, Uchida K, Kikkawa F, Hori M, Toyokuni S
  • Organizer: The Second International Workshop on Plasma for Cancer Treatment (IWPCT2015)
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-17
• [Presentation] Synthesis of photoresponsive polymeric micelle using solid state plasma (2015)
  • Author(s): Kurosawa S, Aizawa H, Tanaka M, Kondo S
  • Organizer: The Second International Workshop on Plasma for Cancer Treatment (IWPCT2015)
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-17
• [Presentation] プラズマ照射に対する細胞応答の分子機構，プラズマ照射培地によるA549細胞のアポトシーシス誘導 (2014)
  • Author(s): 足立哲夫，野々村早帆，田中宏昌，神谷哲朗，原 宏和，近藤伸一，堀 勝
  • Organizer: 第3回 プラズマ医療科学の創成研究会
  • Place of Presentation: 帯広
  • Year and Date: 2014-11-22
• [Presentation] プラズマ照射培地によるA549細胞傷害とそのメカニズム (2014)
  • Author(s): 足立哲夫，野々村早帆，原 宏和，田中宏昌，堀 勝
  • Organizer: 第67回日本酸化ストレス学会学術集会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2014-09-04 – 2014-09-05
• [Presentation] プラズマ照射培地により惹起される細胞死には細胞内遊離亜鉛の上昇が関与する (2014)
  • Author(s): 原 宏和，谷口美紘，足立哲夫
  • Organizer: 第67回日本酸化ストレス学会学術集会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2014-09-04 – 2014-09-05
• [Presentation] 非平衡大気圧プラズマは酸化ストレスを生じる (2014)
  • Author(s): 岡崎泰昌，王 越，田中宏昌，水野正明，中村香江，梶山広明，加納浩之，内田浩二，吉川史隆，堀 勝，豊國伸哉
  • Organizer: 第67回日本酸化ストレス学会学術集会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2014-09-04 – 2014-09-05
• [Presentation] プラズマ照射培地によるA549細胞アポトーシス誘導とそのメカニズム (2014)
  • Author(s): 足立哲夫，野々村早帆，田中宏昌，原 宏和，近藤伸一，堀 勝
  • Organizer: 新学術領域合同公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2014-08-09
• [Presentation] プラズマ照射培地により惹起される細胞死の分子機構 ―亜鉛シグナルの関与― (2014)
  • Author(s): 原 宏和，谷口美紘，足立哲夫
  • Organizer: 「プラズマが拓す新学術領域と今後の展開」公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2014-06-14
• [Presentation] Non-equilibrium atomospheric pressure plasma (NEAPP) generates oxidative injury (2014)
  • Author(s): Okazaki Y, Wang Y, Tanaka H, Mizuno M, Nakamura K, Kajiyama H, Kano H, Kikkawa F, Hori M, Toyokuni S
  • Organizer: 5th International Conference on Plasma Medicine (ICPM5)
  • Place of Presentation: 奈良
  • Year and Date: 2014-05-18 – 2014-05-23
• [Presentation] Non-equilibrium atomospheric pressure plasma (NEAPP) generates oxidative injury (2014)
  • Author(s): Okazaki Y, Wang Y, Tanaka H, Mizuno M, Nakamura K, Kajiyama H, Kano H, Kikkawa F, Hori M, Toyokuni S
  • Organizer: 5th International Conference on Plasma Medicine
  • Place of Presentation: 奈良
• [Presentation] Fabrication of self-assembled phospholipid layer by plasma-assisted method onto a hydrophobic polymer surface and its bio-application (2013)
  • Author(s): Kondo S, Sasai Y, Yamauchi Y, Kuzuya M
  • Organizer: International Conference on Surface Engineering (ICSE 2013)
  • Place of Presentation: Busan, Korea
  • Invited
• [Presentation] プラズマ照射に対する細胞応答の分子機構
  • Author(s): 足立哲夫
  • Organizer: 新学術領域「プラズマ医療科学の創成」公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 名古屋
• [Presentation] プラズマ照射培地によるがん細胞傷害とそのメカニズム
  • Author(s): 足立哲夫，野々村早帆，原 宏和，田中宏昌，堀 勝
  • Organizer: 新学術領域「プラズマ医療科学の創成」名古屋全体会議
  • Place of Presentation: 名古屋
• [Remarks] 岐阜薬科大学臨床薬剤学研究室ホームページ
  • URL: http://www.gifu-pu.ac.jp/lab/rinyaku/index.html
• [Remarks] 岐阜薬科大学臨床薬剤学研究室ホームページ
  • URL: http://www.gifu-pu.ac.jp/lab/rinyaku/index.html