2015 Fiscal Year Annual Research Report
帯電液滴重畳反応性プラズマジェットによる高分子薬剤の高効率細胞内導入
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15J01427
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
佐々木 渉太 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 大気圧プラズマ / 細胞膜輸送 / 薬剤導入 / 水酸基ラジカル / レーザー誘起蛍光法 / ライブイメージング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，帯電液滴重畳反応性プラズマジェットによる高分子薬剤の高効率細胞内導入実現を目的として，大気圧プラズマ照射が誘発する薬剤（遺伝子，タンパク質，抗がん剤）の細胞膜輸送機構を明らかにする実験を行った結果，以下のことを明らかにした．
１．大気圧プラズマ中及び照射対象の液中に生成される水酸基（OH）ラジカルの計測：レーザー誘起蛍光法（LIF）及びテレフタル酸を用いた化学プローブ法を用いて，大気圧プラズマ中及び照射対象の液中のOHラジカルをそれぞれ検出した．その結果，プラズマ - 液体界面において多量のOHラジカルが生成されていること，液中OHラジカルは液体深部には到達せず，数100 μmオーダーで減衰することを示した．
2．大気圧プラズマ直接照射による薬剤模擬分子の細胞内導入における液厚みの影響：細胞を浸す生理食塩水の液量を制御して，大気圧プラズマを直接照射した後，薬剤模擬分子の細胞内導入量を評価した．その結果，数100μmオーダーの生理食塩水の厚み増加に伴い，プラズマ誘導薬剤模擬分子導入の効果は急激に減衰した．この減衰オーダーはOHラジカルと非常に近く，液中OHラジカルが導入因子の有力な候補といえる．
3．長寿命化学的活性種が誘導する細胞内への薬剤模擬分子輸送の時間発展計測（ライブイメージング）：大気圧プラズマ照射後の液体には，荷電粒子やOHラジカルとは異なって，残存する化学的活性種が生成されており，その長寿命活性種もまた，薬剤模擬分子導入を促進することが明らかとなっている．長寿命活性種に由来する輸送機構解明を目的として，薬剤模擬分子輸送の時間発展計測を行った結果，長寿命活性種を細胞に作用させてから20分後以降で有意に輸送促進効果が現れることを示した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
初年度に計画していた帯電液滴重畳反応性プラズマジェット作製と液中の化学的活性種の測定手法確立に加えて，プラズマ中・溶液中の活性種の空間分布測定を実現し，水酸基ラジカルの薬剤分子導入への重要な役割を発見した．さらに，次年度以降に予定していた薬剤分子導入量の時間発展計測を行い，大気プラズマ由来の液中活性種が実際に細胞膜輸送を変化させるまでに20分という時間遅れが生じていることを明らかにしており，細胞膜輸送の機序解明に大きく貢献している．
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| Strategy for Future Research Activity |
プラズマ生成活性種が薬剤模擬分子の細胞膜輸送に作用する時間スケールを明らかにしたことで，数分程度の時間を要する細胞応答あるいは細胞活動が介在していることが示唆される．今後は，1.主要な役割を担うプラズマ生成活性種，2.その活性種を細胞が感知する機構，3.感知以降の細胞内シグナル伝達の詳細経路，4.薬剤分子の細胞膜輸送経路を明らかにする実験を行っていき，プラズマ誘導細胞膜輸送機構解明を目指す．
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