2017 Fiscal Year Research-status Report
Development of a new system to predict lung tumor caused by nanomaterials
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17K09177
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| Research Institution | University of Occupational and Environmental Health, Japan |
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Principal Investigator |
和泉 弘人 産業医科大学, 産業生態科学研究所, 准教授 (50289576)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ナノ材料 / 3DマイクロX線CT検査 / 肺 / miRNA / 持続炎症 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
工業用ナノ材料の有害性を評価し適切に管理することは、労働者が安心・安全に作業するために必要不可欠である。今後、急速に増加する新規ナノ材料に対して、簡便な投与法の開発、再現性の高い有害性評価法の開発が求められる。本研究では、有害性の中でも肺腫瘍の発生を早期に予測するシステムの開発を目指すが、腫瘍発生にはこれに先立つ炎症が密接に関わっていることから、炎症の持続を評価・予測することが重要であると考えている。本年度は、酸化ニッケル、酸化セリウム、酸化亜鉛、二酸化チタンをラットの気管内に投与し、定期的に3DマイクロX線CT検査と尾静脈から採血を実施した。これらのナノ材料のうち、酸化ニッケルと酸化セリウム投与群は持続炎症を、酸化亜鉛と二酸化チタン投与群は一過性の炎症を起こすことをすでに報告している。本年度に実施した3DマイクロX線CT検査から、以前の報告と一致して酸化ニッケルと酸化セリウム投与群では炎症が持続し、酸化亜鉛と二酸化チタン投与群では炎症は一過性であることが確認できた。興味深いことに炎症が持続するナノ材料では、炎症が軽減した後に再度陰影が増大した。この陰影は肺線維化によるものと思われた。頻回にCT検査を実施すると放射線による炎症が誘発される可能性が危惧されたが、1ヶ月に1回程度であれば、放射線が原因と考えられる肺の炎症は観察されなかった。このように、3DマイクロX線CT検査は動物を解剖することなく肺の炎症・線維化が評価できる可能性があり、病理組織検査の代用が期待できる。尾静脈から定期的に採取した血液は血漿の状態で冷凍保存している。今後は、血液からmiRNAを精製し、マイクロアレイ解析およびqRT-PCR解析を実施することで、肺胞洗浄液を使った解析の代用になるかどうか、3DマイクロX線CT検査よりも早期にナノ材料の有害性が予測できるかどうかを検討する予定である。
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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
以前、ナノ材料である酸化ニッケル、酸化セリウム、酸化亜鉛、二酸化チタンをラットの気管内に投与および全身暴露した結果から、酸化ニッケルと酸化セリウムは有害性が高く、酸化亜鉛と二酸化チタンは有害性が低いと報告した。これら4種類のナノ材料と溶媒を再度ラットの気管内に投与し、現在半年が経過した。これまでに肺の3DマイクロX線CT検査と尾静脈からの採血を1ヶ月までは1週間おきに、1ヶ月以降は1ヶ月おきに実施した。3DマイクロX線CT検査を頻回に実施すると放射線が肺の炎症を誘発することが危惧されたが、対照群では特に炎症は観察されなかったことから最低でも1ヶ月の間隔をあけてCT検査を実施すれば炎症は誘発しないと判断した。
以前報告した病理解析や肺胞洗浄液解析の評価と一致して、有害性の高い酸化ニッケルと酸化セリウム投与群では肺のCT画像でも十分に炎症が確認できた。一方、有害性の低い酸化亜鉛と二酸化チタン投与群ではCT画像で一時的な炎症を観察したが、速やかに軽減した。興味深いことに、有害性の高い酸化ニッケルと酸化セリウム投与群の一部では炎症が軽減した後、肺線維化と思わる所見がCT画像で観察され、時間の経過とともに増強した。これらの成果は、動物を解剖しなくても肺の炎症を3DマイクロX線CT検査で評価できる可能性を示唆している。肺の腫瘍に関しては現在まで確認できていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度開始した4種類のナノ材料と溶媒を投与したラット肺の3DマイクロX線CT検査と尾静脈からの採血を継続して実施する。解析頻度として投与後半年以降は2ヶ月おきに実施する予定であったが、1年後までの結果をみて4ヶ月おきの実施に変更する可能性もある。これらの解析から肺における炎症・線維化の経時的な変動と腫瘍発生の有無を評価する。
尾静脈から採血した血液量は2 mL程度であり、血漿としては1 mL程度利用できる。炎症を評価・予測する血液マーカーとしてmiRNAに注目しているので、いくつかのmiRNA抽出法を検討して最適な抽出法を見出す。ナノ材料による肺の有害性を評価するmiRNAの同定には次の2つの方法で検討する。（１）肺組織を用いたmiRNAの網羅的発現解析は実施しており、著しく増減するmiRNAを数種類ずつ確認している。肺組織内におけるmiRNAの発現相違が血液でも反映されるかqRT-PCRで検討し、反映されるmiRNAに対しては経時的な変動を解析する。（２）有害性が高いナノ材料と有害性が低いナノ材料を投与した1ヶ月後の血液を使いmiRNAアレイ解析を実施して、新たに発現が増減するmiRNAを見出す。候補のmiRNAに対してはqRT-PCRで検証作業を進め、経時的な変動を解析する。これらの解析を総合評価して、ナノ材料による持続炎症を評価・予測する血液内miRNAの同定を進めていく予定である。
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| Causes of Carryover |
前年度は予備検討が順調に進んだため、消耗品費に少額の余剰金が発生した。次年度はmiRNA解析を開始するが、試薬や消耗品が高額なため余剰金はこれらの購入に使用する。
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