マイクロプラスチックに起因する細胞影響とそのメカニズムの解明

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H04344
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 堀江 祐範 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究グループ長 (30514591)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 加藤 晴久 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (10462839) ; 田部井 陽介 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (40555083) ; 小川 道永 国立感染症研究所, 細菌第一部, 室長 (80361624)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: マイクロプラスチック / ポリウレタン / ポリ乳酸 / ケモカイン

Outline of Annual Research Achievements

マイクロプラスチックサンプルとして、２種類のポリエチレン、２種類のポリウレタンおよび２種類のポリ乳酸粒子について検討を行った。これらの粒子は、粉体または水分散液として入手した。はじめに、細胞試験に用いるための培地分散液の調製を試みた。粒子状物質の細胞影響評価においては、用いる分散液の物理的性状が重要となる。このため、実際に細胞に投与した分散液について、分散安定性、粒子濃度を測定し、どのような分散液を細胞に投与しているのかを把握しつつ、細胞影響を検討した。
大腸上皮由来Caco-2細胞、ケラチノサイト由来HaCaT細胞、肺上皮由来A549細胞およびマクロファージ用に分化したTHP-1細胞の４種類の細胞を用いて、上記マイクロプラスチックにより、どのような細胞影響が生じるのかを把握する目的で、基本的な細胞影響を評価した。
いずれの試料も、細胞生存率、細胞膜損傷に与える影響は少なく、細胞毒性は認められなかった。また、酸化ストレス応答応答たんぱく質であるヘムオキシゲナーゼ（HO-1）の発言に対する影響も認められず、粒子の投与による酸化ストレスの負荷は生じていないと考えられた。
一方で、１種類のポリウレタンにおいて、投与濃度を挙げた場合に、ケモカインであるインターロイキン-８（IL-8）の強い誘導が認められた。IL-8の誘導は、マクロファージで特に強かった。透過型電子顕微鏡により、粒子を投与した細胞を観察したところ、細胞内への粒子の取り込みが認められた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

細胞影響評価のための、粒子分散液の最適化を行う過程で、一部粒子に強力なたんぱく質吸着性が認められ、強い凝集を生じたため、最適化に時間を要した。

Strategy for Future Research Activity

同じ材質でも粒子ごとに細胞影響が異なったことから、影響因子を検討する。細胞影響が認められたポリウレタン粒子に着目し、細胞影響のとそのメカニズムの把握に注力する。特に粒子の細胞取り込みとケモカイン誘導能の関連性を検討する。また、細胞内に取り込まれた粒子の細胞内での動態とその運命について、オートファジーの有無を中心に検討する。
また、重要な生分解性マイクロプラスチックである、ＰＬＡやセルロース粒子等についても加えて細胞影響を検討する。