Basic research on the treatment of malignant glioma by air plasma activated medium

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K17944
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 56010:Neurosurgery-related
• Research Institution: Nihon University
• Principal Investigator: OCHIAI Yushi 日本大学, 医学部, 研究医員 (20815469)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: プラズマ / ミトコンドリア / グリオブラストーマ / 鉄 / 腫瘍標的型治療

Outline of Final Research Achievements

Air Plasma activated medium (APAM) exhibited a potent anti-tumor effect against glioblastoma by triggering cell death. Robust mitochondrial denaturation and nuclear shrinkage or decomposition were observed in the late stage of cell death. The canonical cell death forms, such as apoptosis, autophagy, and necroptosis played a minor role in cell death, Cell death was iron-dependent but was different from ferroptosis either. Mitochondrial fragmentation and assembly at the one polar of the perinuclear sites (MPMC) proceeded to cell death. Concomitantly, hydroxyl radicals and lipid peroxides accumulated within mitochondria. Also, the mitochondrial labile iron pools were assembled at the perinuclear sites. Removing iron prevented all these events, nuclear damage, and cell death. Finally, APAM minimally affected nonmalignant cell growth. Our findings suggest that APAM induces iron-dependent cell death distinct from ferroptosis in glioblastoma via MPMC.

Free Research Field

脳神経外科

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

グリオブラストーマは集学的な治療にも関わらず、予後不良な疾患である。本研究ではAPAMがグリオブラストーマを選択的に傷害し、その作用はフェロトーシスとは異なる鉄依存性細胞死であることを明らかにした。さらに、この作用には、MPMCと核傷害が関与することを見出した。グリオブラストーマの治療抵抗性にはアポトーシス耐性が大きく寄与しているため、アポトーシスとは異なる細胞死を強力かつ腫瘍細胞特異的に誘発できるAPAMは、革新的な腫瘍標的型治療ツールとして期待できる。さらに、その細胞死にMPMCならびにミトコンドリア鉄プールが重要であるという発見は、これらが新たな創薬の標的となる可能性を示唆する。