2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of "super-bio-functions" by plasma-activated biological substances
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19H05462
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
堀 勝 名古屋大学, 低温プラズマ科学研究センター, 教授 (80242824)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梶山 広明 名古屋大学, 医学系研究科, 教授 (00345886)
豊國 伸哉 名古屋大学, 医学系研究科, 教授 (90252460)
榊原 均 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (20242852)
伊藤 昌文 名城大学, 理工学部, 教授 (10232472)
片岡 洋祐 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (40291033)
古閑 一憲 九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (90315127)
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| Project Period (FY) |
2019-04-23 – 2024-03-31
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| Keywords | 低温プラズマ / プラズマ活性溶液 / プラズマ活性乳酸リンゲル / プラズマ医療 / プラズマ農業 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
プラズマ照射した乳酸リンゲル（プラズマ活性乳酸リンゲル：PAL）が抗腫瘍効果や植物の成長などの超バイオ現象を引き起こす機構を解明するために、以下に取組み、その核心に迫る成果を得た。
１）プラズマ活性酢酸リンゲル液（PAA）は、抗腫瘍効果を示すことが分かった。PAAについてNMRを用いて成分解析を行った結果、プラズマ活性乳酸リンゲル液（PAL）と共通の未同定のピークが存在することも発見した。すなわち、抗腫瘍効果を示す異なる構造のプラズマ活性リンゲル液の成分を同定し、それらの共通因子を解明することで、抗腫瘍効果に作用している生体活性物質の手がかりを得た。
２）装置メーカーと共同で、気相・液相計測が可能な臨床応用向けのプラズマ活性溶液作製装置を設置した。この装置によって、プラズマを生成するガスの組成（Ar、O_2、N_2）を精密に制御でき、高信頼性のプラズマ活性溶液を合成することが可能になった。
３）分担研究者の豊國らは、新規装置を用いることで、PALを投与した悪性中皮腫細胞がフェロトーシスとよばれる２価鉄に依存した特異的なネクローシスを起こすことを発見し、本成果をまとめた論文がRedox Biology(IF=~10)に受理された。
４）分担研究者の梶山らは、卵巣癌腹膜播種のPAM/PALを用いたウォッシングセラピーを提案し、卵巣癌の腹膜播種モデルマウス実験において、PAM投与した腹腔内の組織染色からがん関連マクロファージの浸潤を誘導することを発見し、本成果をまとめた論文が Cancersに公表された。
５）イネの種にプラズマの直接照射およびPALを施し、イネの成長促進のみならすその収穫量が向上することを見出し、Plasma Processes and Polymerに公表した。これらの成果によって、生体活性物質が植物の成長に機序する分子機構を解明するための、基盤を構築することができた。
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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
プラズマ活性乳酸リンゲル（ＰＡＬ）が生体に作用する機序の解明において、１）PALが悪性中皮腫細胞にフェロトーシスをもたらす細胞内分子機構を解明した。これによって、悪性中皮種に関しては、本計画の中核の一つであるPALによる作用機序の解明を達成するこができた。この論文が、インパクトファクターが10近くの雑誌であるRedox Biologyに受理されるに至った。２）また、PALの卵巣がんに対する効果において、動物実験にて検証でき、新しい医療としてウォッシングセラピーを提案した成果は、ハイインパクトファクター雑誌であるCancersに公表された。
すなわち、学術および医療への展開の両面において、予定していた計画以上に進展した成果が得られた。
これらの成果の背景には、プラズマ活性溶液による細胞内分子機構をメタボローム解析などの網羅的な解析を通じて、様々な専門的な視点からプラズマ活性溶液の性質を徹底的に究明したことにより、新しい機構の発見が、当初計画した以上に早く発見されたことによると考えている。また、申請書当初に予定していた通り、初年度にLC-MS/MS、2年目に企業との共同研究による気相・液相計測用臨床応用向けプラズマ活性溶液作製装置等、大型装置の設置も完了し、プラズマ誘起活性物質の本質を突き止める研究が順調に進められている。以上の状況を鑑みて、現在までの進捗状況を当初の計画以上に進展していると自己評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本特別推進研究の予算で初年度に設置したLC-MS/MSの装置を用いたプラズマ活性溶液の測定が軌道に乗ったため、プラズマ活性乳酸リンゲル液やプラズマ活性酢酸リンゲル液中の様々な成分解析が進んでいる。また、分担研究者伊藤らと研究を進めている、ラジカル処理したトリプトファンが、大腸菌の強い滅菌効果を示す機序を解明するための化学成分解析も順調に進んでいる。また、分担研究者片岡らとの研究において、プラズマ照射による脳神経細胞への効果についても、分子機構の解明が進んでいる。PALが与えるイネの成長促進において、種子への照射による根の成長に関する再現性の高い成果が得らえており、今後の植物ホルモンの挙動の解析によって、機序解明が実現できる目途がついている。今後、主要なプラズマ誘起活性物質の成分の同定とその生理学的機能が次々と明らかになると期待される。
また、今年度本特別推進研究の予算で行ったRNA-seqなどの各種網羅的な遺伝子発現解析やプロテオーム解析などの結果について、フォローアップ実験を進めることにより、プラズマ誘起活性物質が誘導する新たなシグナル伝達経路の発見などを目指し、細胞内分子機構の解明を進める。更に、プラズマ誘起活性物質による免疫系の活性化や植物における種子プラズマ照射による成長促進や機能性成分の増強などの時空間遠隔作用について機構解明を進めることにより、プラズマ誘起活性物質により引き起こされる効果の統一的な機構解明を目指す。更には、今年度、装置メーカーと共同で設置した臨床応用向けのプラズマ活性溶液作製装置の気相・液相解析を進め、特定臨床研究やPMDAに対するRS戦略相談に必要な規格を決定する。
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[Presentation] マウスの社会ストレスは前 頭前皮質錐体神経細胞の樹状突起消失に先行して細胞内変性を誘導する2021
Author(s)
Numa, C., Nagai, H., Nagai, M., Ohno, N., Furuse, M., Kataoka, Y., Furuyashiki, T.,
Organizer
第94 回日本薬理学会
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[Presentation] Effectiveness of cold plasma treatment during rice cultivation for growth and yield2020
Author(s)
Hiroshi Hashizume, Hidemi Kitano, Hiroko Mizuno, Akiko Abe, Genki Yuasa, Satoe Tohno, Hiromasa Tanaka, Kenji Ishikawa, Shogo Matsumoto, Hitoshi Sakakibara, Susumu Nikawa, Masayoshi Maeshima, Masaaki Mizuno, and Masaru Hori
Organizer
73rd Annual Gaseous Electronics Virtual Conference
Int'l Joint Research
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[Presentation] Plasma activated Ringer's lactate solution affected cellular respiratory system on HeLa cells2020
Author(s)
Hiromasa Tanaka, Shogo Maeda, Kae Nakamura, Hiroshi Hashizume, Kenji Ishikawa, Mikako Ito, Kinji Ohno, Masaaki Mizuno, Shinya Toyokuni, Hiroaki Kajiyama, Fumitaka Kikkawa, and Masaru Hori
Organizer
73th Annual Gaseous Electronics Virtual Conference
Int'l Joint Research
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[Presentation] Large-scale electron microscopic analysis of change of tissue microstructure in adult rat cerebral cortex after irradiation of atmospheric-pressure plasma.2020
Author(s)
Yamato, M., Tamura, Y., Maeda, M., Eguchi, A., Kume, S., Kataoka Y.
Organizer
Neuro2020
Int'l Joint Research
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[Presentation] Analysis of age-dependent change of tissue microstructure in mouse cerebral cortex using large-scale electron microscopy.2020
Author(s)
Maeda, M., Suga, M., Nakamura, M., Suzuki, K., Hasebe, Y., Kikuchi, N., Yamagichi, Y., Eguchi, A., Kume, S., Matsuzaki, R., Ueda, C., Kataoka, Y.,
Organizer
Neuro2020
Int'l Joint Research
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[Presentation] "How do peritoneal mesothelial cells on adipose tissue attract ovarian cancer cells?"、2020
Author(s)
茂木一将, 吉原雅人, 北見和久, 伊吉祥平, 宇野枢, 田野翔, 杉山麻衣, 小屋美博, 玉内学志, 横井暁, 芳川修久, 那波明宏, 梶山広明、
Organizer
第79 回日本癌学会学術総会
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[Presentation] "Active vitamin D inhibits mesothelial-mesenchymal-transition accelerating peritoneal dissemination in ovarian cancer"2020
Author(s)
北見和久, 吉原雅人, 杉山麻衣, 小屋美博, 伊吉祥平, 宇野枢, 茂木一将, 玉内学志, 横井暁, 芳川修久, 那波明宏, 梶山広明、
Organizer
第 79 回日本癌学会学術総会
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[Presentation] "Intra-tumoral polarity induced by Notch signaling can be a novel therapeutic target for advanced ovarian cancer"、2020
Author(s)
吉原雅人, 杉山麻衣, 小屋美博, 伊吉祥平, 北見和久, 宇野枢, 茂木一将, 田野翔, 玉内学志, 横井暁, 芳川修久, 那波明宏, 梶山広明、
Organizer
第79 回日本癌学会学術総会
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[Presentation] "Visualization of platinum resistance through mapping trace elements"、2020
Author(s)
宇野枢, 芳川修久, 吉原雅人, 田崎啓, 加藤昌志, 北見和久, 伊吉祥平, 玉内学志, 杉山麻衣, 小屋美博, 梶山広明、
Organizer
第79 回日本 癌学会学術総会
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[Presentation] 9-oxo-10,12-ODA のヒト子宮頸癌細胞に対する抗腫瘍効果の解析、2020
Author(s)
小屋美博, 梶山広明, 吉原雅人, 杉山麻衣, 三木梨可, 友田豊, 山下守, 柴田清住, 那波明宏, 吉川史隆、
Organizer
第72 回日本産科婦人 科学会学術講演会、
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[Presentation] 子宮体癌に対する低侵襲手術の術後疼痛の比較、2020
Author(s)
池田芳紀, 甲木聡, 大野真由, 北見和久, 芳川修久, 新美薫, 中村智子, 大須賀智子, 鈴木史 朗, 梶山広明, 吉川史隆,
Organizer
第72 回日本産科婦人科 学会学術講演会
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[Book] Plasma Cancer Therapy2020
Author(s)
Hiromasa Tanaka, Mounir Laroussi, Sander Bekeschus, Dayun Yan, Masaru Hori, and Michael Keidar
Total Pages
310
Publisher
Springer Nature
ISBN
978-3-030-49966-2
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