Development of the evaluation system for cardiovascular effects of fiber materials

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H03935
• Research Institution: Jichi Medical University
• Principal Investigator: 市原 佐保子 自治医科大学, 医学部, 教授 (20378326)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三瀬 名丹 自治医科大学, 医学部, 准教授 (00360644) ; 池上 昭彦 自治医科大学, 医学部, 助教 (60748739)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 炭素繊維 / 心血管系 / インフラマソーム

Outline of Annual Research Achievements

環境中の微小粒子状物質（PM2.5）やタバコ煙の粒子成分の肺への影響と同時に心血管系への影響の重要性も疫学研究で明らかになっている。また、ナノテクノロジーは、新材料創出、医療応用、地域温暖化防止に関係する環境技術等に応用可能であり、社会への貢献が期待される一方、新規工業的ナノ素材の健康への影響に社会的関心が高まり、生体影響に関するリスク評価が求められている。本研究では、今後その応用が期待されているカーボンナノチューブを含む繊維状物質に注目し、心血管系に対する影響を実験的に明らかにすると同時に、国内外のカーボンナノチューブ/炭素繊維加工工場の労働現場を調査し、曝露評価および繊維状物質によるヒトの心血管機能への影響を検討し、初期の影響を予測するバイオマーカーの有効性を検証することを目的とする。本年度は、カーボンナノチューブの血管内皮細胞における影響と、インフラマソーム構成タンパクの役割を検討した。最近、ストレス応答に関与する転写因子:Nrf2が、インフラマソームの活性化に関与していると報告されたため、12週齢の動脈硬化モデル動物であるApoE遺伝子欠損マウスとNrf2-ApoE二重遺伝子欠損マウスに、カーボンナノチューブ（単層・二層・多層）を14日間にわたり、咽頭内投与(aspiration)し、動脈硬化性プラーク病変の程度を測定した。また、インフラマソームの形成とその活性化を介した酸化ストレスや炎症反応の変化を測定し、病理学的変化との関連を解析した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

12週齢の動脈硬化モデル動物であるApoE遺伝子欠損マウスとNrf2-ApoE二重遺伝子欠損マウスに、カーボンナノチューブを14日間にわたり、咽頭内投与し、大動脈弓部で動脈硬化性プラーク病変の程度を解析し、また、腹部大動脈からRNAおよびタンパク質を抽出し、インフラマソーム構成タンパクであるNLRP3遺伝子の発現とカスパーゼ1およびインターロイキン1-betaの活性を分析するなど、動物実験を実施した。
同時に、国内の炭素繊維加工工場で、作業環境中の粒子数、ナノサイズの粒子の表面積を計測するなどの現場調査の計画を立てたが、県外移動が困難であったため、実施できなかった。

Strategy for Future Research Activity

本年度中に、国内の炭素繊維加工工場の作業環境測定として、CPC (Condensation Particle Counter)とOPC (Optical Particle Counter)により粒子数を計測し、また、SMPS (Scanning Mobility Particle Sizer Spectrometer)で、ナノサイズの粒子の表面積を計測する予定であったが、新型コロナ感染症の流行で、工場での現場調査ができなかった。そのため、研究費の一部を繰越し、来年度に炭素繊維加工工場の現場調査を実施する予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Institute of Occupational Medicine(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: Institute of Occupational Medicine
• [Int'l Joint Research] Universite de Paris(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: Universite de Paris
• [Journal Article] Effects of physiochemical characteristic of nano-sized TiO2 on the adhesion of monocytes to endothelial cells. (2020)
  • Author(s): Suzuki Y, Ichihara G, Kawada S, Miyazawa K, Furutani T, Hayashida A, Watanabe E, Zong C, Tran L, Ikegami A, Ichihara S.
  • Journal Title: NanoImpact Volume: 20 Pages: 100257
  • DOI: 10.1016/j.impact.2020.100257.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Proteomic analysis of liver proteins of mice exposed to 1,2-dichloropropane. (2020)
  • Author(s): Zhang X, Morikawa K, Mori Y, Zong C, Zhang L, Garner E, Huang C, Wu W, Chang J, Nagashima D, Sakurai T, Ichihara S, Oikawa S, Ichihara G.
  • Journal Title: Archives of Toxicology Volume: 94 Pages: 2691-2705
  • DOI: 10.1007/s00204-020-02785-4.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Functionalized surface-charge SiO2 nanoparticles induce pro-inflammatory responses, but are not lethal to Caco-2 cells. (2020)
  • Author(s): Tada-Oikawa S, Eguchi M, Yasuda MT, Izuoka K, Ikegami A, Vranic S, Boland S, Tran L, Ichihara G, Ichihara S.
  • Journal Title: Chemical Research of Toxicology Volume: 33 Pages: 1226-1236
  • DOI: 10.1021/acs.chemrestox.9b00478.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Proteomic identification of the proteins related to cigarette smoke-induced cardiac hypertrophy in spontaneously hypertensive rats. (2020)
  • Author(s): Kitamura Y, Mise N, Mori Y, Suzuki Y, Ohashi T, Tada-Oikawa S, Tokisu M, Zong C, Oikawa S, Ichihara S.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Pages: 18825
  • DOI: 10.1038/s41598-020-75429-3.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Fe3O4-PEG-PLGA曝露によるヒト気管支上皮細胞と野生型および Nrf2欠損マウスの肺への影響 (2021)
  • Author(s): 佐藤 春恵、宗 才、Stephan ie Devineau, Claire McCord、市原 佐保子、Oliver Brookes、Frederick Adams Ekuban, 伊東 健、山本 雅之、Sonja Boland、Armelle Baeza Squiban、市原 学
  • Organizer: 第20回分子予防環境医学研究会
• [Presentation] Pulmonary effect of Fe3O4-PEG-PLGA nanoparticles in human bronchial epithalial cells and in wild type and Nrf2 knockout mice following pharyngeal aspiration. (2021)
  • Author(s): Harue Sato, Cai Zong, Stephan ie Devineau, Claire McCord, Sahoko Ichihara, Oliver Brookes, Ken Itoh, Masayuki Yamamoto, Sonja Boland, Armelle Baeza-Squiban, Gaku Ichihara
  • Organizer: Society of Toxicology 60th Annual Meeting (SOT2021)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 炭素繊維強化プラスチックの製造加工現場で発生する微小粒子の個人曝露評価 (2020)
  • Author(s): 雲井純、池上昭彦、藤谷雄二、森川浩太、市原学、濱口隼人、矢野竹男、市原佐保子
  • Organizer: 第93回日本産業衛生学会
• [Presentation] Fe3O4-PEG-PLGA経気道曝露による野生型およびNrf2欠損マウスの肺への影響 (2020)
  • Author(s): 佐藤春恵、宗才、市原佐保子、伊東健、山本雅之、Sonja Boland、Armelle Baeza、市原学
  • Organizer: 第15回ナノ・バイオメディカル学会大会
• [Presentation] Pulmonary effect of exposure to Fe3O4-PEG-PLGA nanoparticles via pharyngeal aspiration in wild type and Nrf2 knockout mice. (2020)
  • Author(s): Harue Sato, Cai Zong, Sahoko Ichihara, Ken Itoh, Masayuki Yamamoto, Sonja Boland, Armelle Baeza-Squiban, Gaku Ichihara
  • Organizer: 9th NANO Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Exposure assessment of debris from carbon fiber reinforced plastics in an occupational setting. (2020)
  • Author(s): Akihiko Ikegami, Jun Kumoi , Yuji Fujitani, Takeo Yano, Gaku Ichihara, Sahoko Ichihara
  • Organizer: 9th NANO Conference
  • Int'l Joint Research