2021 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) |
豊國 伸哉 名古屋大学, 医学系研究科, 教授 (90252460)
梶山 広明 名古屋大学, 医学系研究科, 教授 (00345886)
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)
伊藤 昌文 名城大学, 理工学部, 教授 (10232472)
榊原 均 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (20242852) [Withdrawn]
古閑 一憲 九州大学, システム情報科学研究院, 教授 (90315127)
松本 省吾 名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (90241489)
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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液 / プラズマ医療 / プラズマ農業 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々はNMRやLC-MS/MSの実験手法を用いて、プラズマ活性乳酸リンゲル液（PAL）の主成分として、酢酸、ギ酸、ピルビン酸、2,3-ジメチル酒石酸、グリオキシル酸を同定し、2,3-ジメチル酒石酸は正常細胞に対してがん細胞を選択的に殺傷することやグリオキシル酸はがん細胞に対しても正常細胞に対しても細胞毒性を示すことを見出したが、この成果が今年度Scientific Reports誌に公表された。また、細胞外フラックスアナライザーを用い、PALが解糖系などの細胞呼吸にダメージを与えることをまとめた論文も公表され、更に、低温プラズマによる出芽酵母のアルコール発酵能の増大が解糖能の増大によることを明らかにした論文も公表された。また、雰囲気ガス完全制御プラズマ活性溶液作製装置により作製されたPALに2-メチルアミノアルコールが生成されることを明らかにしその成果をまとめた論文も公表された。更に、豊國らとの共同研究により、PAL投与した中皮腫細胞のメタボローム解析とそのフォローアップ実験を通じて、初期は外因的なNOによりオートファジーが誘導されるが、後期にはiNOS遺伝子発現の上昇に伴い、シトルリン-NOサイクルを上昇し、リソゾーム内にNOが蓄積することによりフェロトーシスが誘導することが明らかになったが、この成果をまとめた論文がRedox Biology誌(IF=~12)に公表された。また、片岡らとの共同研究により、大脳皮質への低温プラズマ照射が神経細胞の再生を誘導するという驚くべき効果の発見がAPEXに公表された。また、米国やドイツのプラズマ医療を先導する研究者らと共著で、がん治療におけるプラズマ活性溶液に関するreview論文をCancers誌（IF=~6）に公表した。またプラズマ医療のロードマップに関する国際共著論文がIEEE TRPMS誌に公表された。
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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
当初計画していた、プラズマ活性溶液内に生成されるプラズマ誘起活性物質の同定は順調に進められ、いくつかの論文公表に至った上に、更に様々なプラズマ誘起活性物質が同定されており、期待通りの成果が挙げられていると言える。また、これまで、プラズマ医療に関する論文はインパクトファクターが2～4程度の雑誌に公表されることが多かったが、インパクトファクターが10以上のRedox Biology誌に公表されたことは特筆すべき成果と言える。また、プラズマ医療における我々の研究のポテンシャルは国際的にも高く評価されており、特にプラズマ活性溶液の研究において世界を先導する成果を挙げ続けてきたことが評価され、Cancers誌に国際共著review論文を公表したり、IEEE TRPMSに国際共著でロードマップに関するreview論文を公表するに至った。以上の成果により、当初の計画以上に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
本プロジェクトでは、網羅的な遺伝子発現解析、シグナル伝達ネットワークの解析、メタボローム解析により、統一的な細胞内分子機構の解明を行うことを１つのゴールとしているが、今年度までにメタボローム解析とそのフォローアップ実験により新たな細胞内分子機構を提唱することに成功した。更に、網羅的な遺伝子発現解析（マイクロアレイ解析）を通じて、プラズマ活性溶液が細胞にもたらす新たな細胞内分子機構が示唆されている。今後、PAL処理した細胞のマイクロアレイ解析のフォローアップ実験を行うことにより、PALによる細胞内分子機構を次々と明らかにしたいと考えている。その過程で、PALが特異的に活性化するシグナル伝達ネットワークが同定されたり、PALによるがん細胞への細胞死誘導の機構が統一的に明らかになることが期待される。また、引き続きNMRやLC-MS/MSによるプラズマ活性溶液内の成分の同定も進め、岐阜薬科大学などとの連携によりプラズマファーマシーの学理を確立する。低温プラズマがイチゴやイネなどの植物個体に与える影響の分子機構の解明や低温プラズマが免疫系を活性化する機構の解明を進めることにより、個体レベルでの統一的な分子機構の解明も目指す。
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[Journal Article] Low Temperature Plasma for Biology, Hygiene, and Medicine: Perspective and Roadmap2022
Author(s)
Mounir Laroussi, Sander Bekeschus, Michael Keidar, Annemie Bogaerts, Alexander Fridman, XinPei Lu, Kostya (Ken)Ostrikov, Masaru Hori, Hiromasa Tanaka, DaWei Liu, Dayun Yan, and Maksudbek Yusupov
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Journal Title
IEEE TRPMS
Volume: 1
Pages: 1～64
Peer Reviewed
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[Presentation] Quality-Increasing Effect of Plasma Treatment in a Paddy on Various Rice Cultivars2022
Author(s)
Hiroshi Hashizume, Hidemi Kitano, Hiroko Mizuno, Akiko Abe, Kaoru Sanda, Genki Yuasa, Satoe Tohno, Hiromasa Tanaka, Kenji Ishikawa, Shogo Matsumoto, Hitoshi Sakakibara, Susumu Nikawa, Masayoshi Maeshima, Masaaki Mizuno, and Masaru Hori.
Organizer
14th International Symposium on Advanced Plasma Science and Its Applications for Nitrides and Nanomaterials
Int'l Joint Research
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[Presentation] 低温プラズマ処理による高品質イチゴ果実の安定的生産2022
Author(s)
橋爪 博司, 松本 省吾, 坪田 憲紀, 三田 薫, 水野 寛子, 阿部 明子, 湯浅 元気, 東野 里江, 田中 宏昌, 石川 健治, 伊藤 昌文, 北野 英己, 榊原 均, 仁川 進, 大熊 隆之, 前島 正義, 水野 正明, 堀 勝
Organizer
第 39 回 プラズマプロセシング研究会 / 第 34 回 プラズマ材料科学シンポジウム (SPP-39/SPSM-34)
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[Presentation] プラズマ照射乳酸リンゲル液の抗腫瘍成分の評価2022
Author(s)
伊藤 大貴, 岩田 直幸, 石川 健治, 橋爪 博司, 中村 香江, ミロン カメリア, 田中 宏昌, 梶山 広明, 豊國 伸哉, 水野 正明, 堀 勝
Organizer
２０２２年第６９回 応用物理学会 春季学術講演会
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[Presentation] 稲穂への低温プラズマ照射がもたらす酒造品種玄米の品2022
Author(s)
橋爪 博司, 北野 英己, 水野 寛子, 阿部 明子, 三田 薫, 蕭 世男, 湯浅 元気, 東野 里江, 田中 宏昌, 石川 健治, 松本 省吾, 榊原 均, 仁川 進, 前島 正義, 水野 正明, 堀 勝
Organizer
２０２２年第６９回 応用物理学会 春季学術講演会
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[Presentation] Dynamical Changes in Free-radical Signals of Seeds during Water Imbibition2021
Author(s)
Kenji Ishikawa, RyoArita, Takamasa Okumura, Pankaj Attri, Kazunori Koga, RyoyaSato, Hayate Tanaka, Masaya Hiromatsu,Kayo Matsuo, DaisukeYamashita, KunihiroKamataki, Naho Itagaki, Masaru Hori and Masaharu Shiratani
Organizer
8th International Conference on Plasma Medicine
Int'l Joint Research
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[Presentation] Plasma-activated Solution Promotes Wound Healing in Diabetic Mouse via Keratinocytes Activation2021
Author(s)
Kae Nakamura, Masaaki Mizuno, Nobuhisa Yoshikawa, Hiromasa Tanaka, Katsumi Ebisawa, Yuzuru Kamei, Shinya Toyokuni, Akihiro Niwa, Takahiro Jindo, Masaru Hori, Fumitaka Kikkawa and Hiroaki Kajiyama
Organizer
8th International Conference on Plasma Medicine
Int'l Joint Research
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[Presentation] Efficacy for Rice Plant Growth with Plasma Irradiation to Seeds2021
Author(s)
Hiroshi Hashizume, HidemiKitano, Hiroko Mizuno,Akiko Abe, Genki Yuasa, SatoeTohno, Hiromasa Tanaka, Kenji Ishikawa,Shogo Matsumoto, Hitoshi Sakakibara, Susumu Nikawa, Masayoshi Maeshima, Masaaki Mizuno and Masaru Hori
Organizer
8th International Conference on Plasma Medicine
Int'l Joint Research
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[Presentation] Components in plasma-activated Ringer’s lactate solution that induce cell death on U251SP glioblastoma cells2021
Author(s)
Hiromasa Tanaka, Yugo Hosoi, Kenji Ishikawa, Jun Yoshitake, Takahiro Shibata, Koji Uchida, Hiroshi Hashizume, Masaaki Mizuno, Yasumasa Okazaki, Shinya Toyokuni, Kae Nakamura, Hiroaki Kajiyama, Fumitaka Kikkawa, and Masaru Hori
Organizer
The12th Asia-Pacific International Symposium on the Basics and Applications of Plasma Technology (APSPT-12)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Components in Plasma-Activated Ringer’s Lactate Solution that Induce Cell Death on U251SP Glioblastoma Cells2021
Author(s)
Hiromasa Tanaka, Yugo Hosoi, Kenji Ishikawa, Jun Yoshitake, Takahiro Shibata, Koji Uchida, Hiroshi Hashizume, Masaaki Mizuno, Yasumasa Okazaki, Shinya Toyokuni, Kae Nakamura, Hiroaki Kajiyama, Fumitaka Kikkawa and Masaru Hori
Organizer
12th Asia-Pacific International Symposium on the Basics and Applications of Plasma Technology (APSPT-12)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Production of plasma-activated Ringer's lactate solution with regulated surrounding atmosphere2021
Author(s)
Daiki Ito, Naoyuki Iwata, Kenji Ishikawa, Hiroshi Hashizume, Kae Nakamura, Camelia Miron, Hiromasa Tanaka, Hiroaki Kajiyama, Shinya Toyokuni, Masaaki Mizuno, and Masaru Hori
Organizer
31st Material Research Society in Japan (MRS-J)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Anti-tumor effect of plasma-activated solution produced by the flowing system2021
Author(s)
Satoshi Kashiwagura, Naoyuki Iwata, Kenji Ishikawa, Hiroshi Hashizume, Camelia Miron, Kae Nakamura, Hiromasa Tanaka, Hiroaki Kajiyama, Shinya Toyokuni, Masaaki Mizuno, and Masaru Hori
Organizer
31st Material Research Society in Japan (MRS-J)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Effects of cold plasma treatment with rice seedlings in a paddy on yield and grain quality for different cultivars2021
Author(s)
Hiroshi Hashizume, Hidemi Kitano, Hiroko Mizuno, Akiko Abe, Kaoru Sanda, Genki Yuasa, Satoe Tohno, Hiromasa Tanaka, Kenji Ishikawa, Shogo Matsumoto, Hitoshi Sakakibara, Susumu Nikawa, Masayoshi Maeshima, Masaaki Mizuno, and Masaru Hori
Organizer
31st Material Research Society in Japan (MRS-J)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Cellular Respiration System Affected by Low-temperature Plasma2021
Author(s)
Hiromasa Tanaka, Shogo Maeda, Shogo Matsumura, Masaaki Mizuno, Kenji Ishikawa, Masafumi Ito, Hiroshi Hashizume, Mikako Ito, Kinji Ohno, Kae Nakamura, Hiroaki Kajiyama, Fumitaka Kikkawa, Yasumasa Okazaki, Shinya Toyokuni, and Masaru Hori
Organizer
31st Material Research Society in Japan (MRS-J)
Int'l Joint Research
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