大気圧プラズマによる微小環境を標的とした難治性腹膜播種制御機構の解明

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K09640
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 中村 香江 名古屋大学, 低温プラズマ科学研究センター, 特任講師 (10744047)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 宏昌 名古屋大学, 低温プラズマ科学研究センター, 教授 (00508129) ; 芳川 修久 名古屋大学, 医学部附属病院, 助教 (60804747)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 卵巣がん / 大気圧プラズマ / プラズマ活性液 / がん微小環境 / 腫瘍浸潤リンパ球 / TIL / CAR-T細胞

Outline of Annual Research Achievements

婦人科悪性腫瘍に特徴的な進展様式の一つである腹膜播種は、がん細胞に加え、本来なら恒常性維持に関わる細胞（腹膜中皮細胞、リンパ球、マクロファージ）が変化し、難治性・治療抵抗性の基盤であるがん微小環境を形成する。特に、腫瘍浸潤リンパ球（tumor-infiltrating T-cell: TIL）は、がんの進展に寄与することが示唆されており、TILをターゲットにしたがん免疫研究が盛んに進められている。中でも、腫瘍反応性T細胞の有する抗腫瘍効果は新たな細胞療法として注目されている。一方、ヒト進行卵巣がん患者の腹腔内環境は、高度に免疫抑制にあることが報告されており、その効果を十分に発揮できていないことが推察される。そこで、このような免疫抑制状態にあるT細胞が本来の抗腫瘍効果を発揮することが可能となれば、固形腫瘍に対する細胞治療開発のブレイクスルーとなりうる。これまでの研究から、プラズマ活性液は、細胞傷害効果に加え、細胞を活性化するbiphasicな効果を有することも明らかにされており、本研究において、直接的ながん細胞への殺傷効果に加え、がん微小環境の構成細胞の一つであるT細胞に対し、その抗腫瘍効果を効率よく機能させることができるかどうかについて検討を行った。我々は、ヒト卵巣がん患者から採取した腹水が、健常人由来CD8陽性T細胞の活性化を顕著に抑制することを見出している。そこで、プラズマ活性液が、腹水により活性が抑制されたT細胞の機能を回復できないかどうかを検討したところ、ある条件のプラズマ活性液処理を行ったT細胞において、腹水暴露による活性抑制が解除されることが明らかとなった。この効果は、腫瘍反応性T細胞や、キメラ抗原受容体遺伝子改変T細胞（CAR-T細胞）などが、ヒト卵巣がん患者腹腔内においても活性化を持続させ、細胞治療による効果向上につながることが示唆された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

臨床サンプル等の準備が整い、解析が順調に進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

本研究課題において、プラズマ活性液が、がん微小環境を構成する細胞に対し抗腫瘍効果を誘導する可能性を、昨年度のマクロファージに続き、T細胞においても示し、がん細胞に対する直接的な効果のみならず、その環境に対しても効果を有することを示唆した。特に、卵巣がんによるがん性腹膜炎をおこした腹腔内環境において、T細胞が本来の抗腫瘍効果を発揮できない著しい免疫抑制環境であることが明らかとなった。その環境下において、T細胞の本来の機能を維持し続けることができるような新たな技術が開発できれば、固形腫瘍に対するTILやCAR-T療法の実用化に一歩近づく。次年度以降は、免疫抑制状態にあるT細胞に対するプラズマ活性液の効果についてさらに詳細な解析を行い、効果とそのメカニズム解明、ならびに生体内での細胞治療の効果向上の評価を行い、プラズマ活性液によるがん免疫応答への有用性について証明していく。

Research Products

• [Journal Article] Lysosomal nitric oxide determines transition from autophagy to ferroptosis after exposure to plasma-activated Ringer's lactate (2021)
  • Author(s): Jiang Li、Zheng Hao、Lyu Qinying、Hayashi Shotaro、Sato Kotaro、Sekido Yoshitaka、Nakamura Kae、Tanaka Hiromasa、Ishikawa Kenji、Kajiyama Hiroaki、Mizuno Masaaki、Hori Masaru、Toyokuni Shinya
  • Journal Title: Redox Biology Volume: 43 Pages: 101989～101989
  • DOI: 10.1016/j.redox.2021.101989
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Low temperature plasma irradiation products of sodium lactate solution that induce cell death on U251SP glioblastoma cells were identified (2021)
  • Author(s): Tanaka Hiromasa、Hosoi Yugo、Ishikawa Kenji、Yoshitake Jun、Shibata Takahiro、Uchida Koji、Hashizume Hiroshi、Mizuno Masaaki、Okazaki Yasumasa、Toyokuni Shinya、Nakamura Kae、Kajiyama Hiroaki、Kikkawa Fumitaka、Hori Masaru
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Pages: 18488～18488
  • DOI: 10.1038/s41598-021-98020-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Plasma‐activated Ringer's lactate solution inhibits the cellular respiratory system in HeLa cells (2021)
  • Author(s): Tanaka Hiromasa、Maeda Shogo、Nakamura Kae、Hashizume Hiroshi、Ishikawa Kenji、Ito Mikako、Ohno Kinji、Mizuno Masaaki、Motooka Yashiro、Okazaki Yasumasa、Toyokuni Shinya、Kajiyama Hiroaki、Kikkawa Fumitaka、Hori Masaru
  • Journal Title: Plasma Processes and Polymers Volume: 18 Pages: 2100056～2100056
  • DOI: 10.1002/ppap.202100056
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pro‐tumoral behavior of omental adipocyte‐derived fibroblasts in tumor microenvironment at the metastatic site of ovarian cancer (2021)
  • Author(s): Iyoshi Shohei、Yoshihara Masato、Nakamura Kae、Sugiyama Mai、Koya Yoshihiro、Kitami Kazuhisa、Uno Kaname、Mogi Kazumasa、Tano Sho、Tomita Hiroyuki、Kajiwara Keiji、Taki Masayasu、Yamaguchi Shigehiro、Nawa Akihiro、Kajiyama Hiroaki
  • Journal Title: International Journal of Cancer Volume: 149 Pages: 1961～1972
  • DOI: 10.1002/ijc.33770
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Enhancement of ethanol production and cell growth in budding yeast by direct irradiation of low-temperature plasma (2021)
  • Author(s): Tanaka Hiromasa、Matsumura Shogo、Ishikawa Kenji、Hashizume Hiroshi、Ito Masafumi、Nakamura Kae、Kajiyama Hiroaki、Kikkawa Fumitaka、Ito Mikako、Ohno Kinji、Okazaki Yasumasa、Toyokuni Shinya、Mizuno Masaaki、Hori Masaru
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 61 Pages: SA1007～SA1007
  • DOI: 10.35848/1347-4065/ac2037
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Evaluation of Selective Anti-Cancer Effect in Plasma-Activated Ringer's Lactate Solution Produced by Regulated Surrounding Atmosphere. (2022)
  • Author(s): Ito D, Iwata N, Ishikawa K, Hashizume H, Nakamura K, Miron C, Tanaka H, Kajiyama H, Toyokuni S, Mizuno M, Hori M.
  • Organizer: ISPlasma2022/IC-PLANTS2022
• [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: 第69回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] Cell Death Mechanisms by Plasma Activated Medium and Plasma Activated Ringer’s Lactate Solution. (2021)
  • Author(s): Hori M, Tanaka H, Mizuno M, Ishikawa K, Nakamura K, Kajiyama H, Okazaki Y, Toyokuni S, Kikkawa F.
  • Organizer: 8th International Conference on Plasma Medicine
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Analysis of Cellular Respiration in Plasma-activated Solutions-treated Cancer Cells. (2021)
  • Author(s): Tanaka H, Maeda S, Mizuno M, Ishikawa K, Nakamura K, Kajiyama H, Okazaki Y, Toyokuni S, Ito M, Ohno K, Kikkawa F, Hori M.
  • Organizer: 8th International Conference on Plasma Medicine
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Plasma-activated Solution Promotes Wound Healing in Diabetic Mouse via Keratinocytes Activation. (2021)
  • Author(s): Nakamura K, Mizuno M, Yoshikawa N, Tanaka H, Ebisawa K, Kamei Y, Toyokuni S, Niwa A, Jindo T, Hori M, Kikkawa F, Kajiyama H.
  • Organizer: 8th International Conference on Plasma Medicine.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] プラズマ活性溶液及びプラズマ照射が細胞呼吸に与える影響 (2021)
  • Author(s): 田中宏昌,前田昌吾,松村 翔伍,水野正明,石川健治,伊藤昌文,橋爪博司,伊藤美佳子,大野欽司,中村香江,梶山広明,吉川史隆,岡崎泰昌,豊國伸哉,堀 勝
  • Organizer: 第82回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] Production of plasma activated Ringer s l actate solution with regulated surrounding atmosphere. (2021)
  • Author(s): Ito D, Iwata N, Ishikawa K, Hashizume H, Nakamura K, Miron C, Tanaka H, Kajiyama H, Toyokuni S, Mizuno M, Hori M
  • Organizer: 第31回 日本MRS年次大会
• [Presentation] Anti-tumor effect of plasma-activated solution produced by the flowing system. (2021)
  • Author(s): Kashiwagura S, Iwata N, Ishikawa K, Hashizume H, Miron C, Nakamura K, Tanaka H, Kajiyama H, Toyokuni S, Mizuno M, Hori M.
  • Organizer: 第31回 日本MRS年次大会