2015 Fiscal Year Annual Research Report
細胞内酸化ストレスに基づくプラズマ生体相互作用の理解
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15H03583
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
北野 勝久 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20379118)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
座古 保 愛媛大学, 理工学研究科, 教授 (50399440)
白木 賢太郎 筑波大学, 数理物質科学研究科(系), 准教授 (90334797)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | プラズマ医療 / 細胞内酸化ストレス / 活性酸素 / 大気圧プラズマ / プラズマ処理水 / プラズマ殺菌 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
プラズマ誘起液中科学反応というコンセプトに基づき、溶液中に供給される活性種の診断を進めた。プラズマはヘリウムを用いているが、その周囲のガスや溶存ガスによって、液中い生成される活性種は異なることがわかっており、その物理化学機構に関して検討を進めた。特に我々の研究グループでは、純水にプラズマを照射したプラズマ処理水の研究を進めており、プラズマ処理水を、段階希釈して殺菌力、電子スピン共鳴法によるスーパーオキシドのスピンアダクト生成能力、酸化力を測定する発色試薬による定量、イオンクロマトグラフによるキー活性種の定量などの手法により診断をしている。時間変化ならび温度依存を評価する実験系を構築して化学反応速度論による評価を進めている。
プラズマ処理水は雰囲気ガスと溶存ガスにそれぞれ窒素分子が含まれている事が必須であるということがわかってきており、プラズマ処理水中のキー活性種は単純な活性酸素ではなく、活性酸素窒素種であることが推察される。しかし、これまでの液中殺菌の研究で得られた「スーパーオキシドアニオンラジカルが酸解離平衡によりヒドロペルオキシラジカルに変化することで、電気的に中性な活性種になるために殺菌力が向上する」という前提から外れてくる。現時点では活性酸素窒素種がキー活性種であり、そこから活性酸素種のスーパーオキシドが放出されるという、前駆体説を前提に研究を進めている。化学反応速度論的な評価により、この前駆体が直接的に細菌を不活化しているのではなく、前駆体から放出されたスーパーオキシドが殺菌を行っているという結果が得られているものの、電子スピン共鳴法でプラズマ処理水中のスーパーオキシドを液体窒素温度での直接測定を行うと信号が得られなかったことから、活性種がどのような物理化学的な機序により細胞に対して酸化ストレスを与えているのかに関する知見はまだ十分とは言えない。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度は、研究代表者が研究室の引っ越し、研究分担者が大学へ移動するなどという事があり、最初の数ヶ月は実験研究を十分に行うことが出来なかったものの、夏からは以前よりも研究を進める十分な体制が整った。
細胞内酸化ストレスを評価するためには溶液中での活性種の物理化学反応を評価する必要があり、活性種計測ならびにアレイニウスプロットによる評価など化学反応速度論に基づく評価を進めた。
細胞内酸化ストレスを、リポソームを人工細胞モデルとして評価する実験を進めているが、研究分担者の白木研究室でその合成方法の検討を行い、十分な再現性で合成することに成功した。しかしながら、白木研究室だけでは測定を予定している分析装置の全てを有しているわけではないために、北野研究室でもリポソームの合成を行える様な技術移転を進め、ロータリーエバポレーターなどの合成装置の導入を行い、合成を行う直前まで準備が進んだ。北野研究室では特に電子スピン共鳴装置を有しているためにスピントラップ剤などの導入を検討しているが、細胞外にスピントラップ剤が存在すると細胞内酸化ストレスのみを評価することができないために、分離を行う必要があり、その手法に関する検討を議論を行いながら進めた。
このような細胞内酸化ストレスの評価系の構築に当たって、座古研究室は構造生物学的な立場か実験系の最適化に関して議論を行い、かつ個別での基礎実験を行いながら共同研究を進めた。
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| Strategy for Future Research Activity |
バンガム法を用いて各種の試薬を導入したリポソームを合成することで、人工細胞モデルにおける細胞内酸化ストレスの研究を進める。同時にこれまで進めてきた溶液中の活性酸素窒素種に関する物理化学機構に関する研究を行う。
細胞内酸化ストレスの一つのトピックとして、細胞内への酸化ストレスが、活性酸素のみによるものなのか、窒素原子が脂質二重層膜を通過して細胞内へ導入されることにより進んでいるのかを評価することが重要なテーマである。活性酸素窒素種をダイレクトに評価することは難しいが、人工細胞内で活性酸素と活性酸素窒素を分離できるような試薬ならび手順を導入し、必要なコントロール実験を行って実験を進める予定である。
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[Presentation] 殺菌消毒液としてのプラズマ処理水2015
Author(s)
北野勝久,井川聡,山崎弘光,臼井エミ,田崎達也,大島朋子,山本要,細矢哲康,前田伸子,桃井保子
Organizer
日本歯科保存学会 春季学術大会
Place of Presentation
北九州国際会議場（福岡県北九州市）
Year and Date
2015-06-25 – 2015-06-26
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