2021 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of bacterial inactivating mechanism by cold atmospheric plasma to challenge antimicrobial resistant bacteria
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20KK0089
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| Research Institution | Seikei University |
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Principal Investigator |
村上 朝之 成蹊大学, 理工学部, 教授 (20323818)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井内 勝哉 地方独立行政法人埼玉県立病院機構埼玉県立がんセンター(臨床腫瘍研究所), 病院 腫瘍診断・予防科, 技師 (40553847)
西尾 悠 成蹊大学, 理工学部, 助教 (70712743)
川口 悟 成蹊大学, 理工学部, 助教 (70834852)
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| Project Period (FY) |
2020-10-27 – 2026-03-31
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| Keywords | プラズマ医療 / 低温プラズマモデリング / 生体化学モデリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
抗微生物薬剤に対する耐性を身につけた細菌への対策が世界的な急務となっている現在、従来型抗生物質に代わる手段として低温大気圧プラズマ放電現象が注目されている。本研究は、低温大気圧プラズマの細菌不活化（死滅・感染性を失わせる）効果の作用機序を解明することを目的とした国際共同研究を行う。特に、低温大気圧プラズマの様々な作用変数を制御することで細菌群に対して非特異的な効果を与えつつ、細菌細胞内のDNA・蛋白質の分子生物学的変化および細菌細胞群の細胞生物学的変化（非耐性菌あるいは耐性菌の死滅や出現の挙動）についての定量的な知見を得る。ここでは、特にバイオフィルム状細菌群不活性化実験および細胞群挙動シミュレーションを相補的に用いた研究推進を行う。
令和3年度は、（１）単一細胞内の生理化学反応をモデル化し活性酸素種が細胞死を誘導する機構の解明を目的とした数値シミュレーションを行った。ここでは特に、外因性刺激が細胞内に取り込まれるプロセス・通常のミトコンドリア機能が阻害されるプロセス・ミトコンドリアからサイトプラズマへとシトクロムCが放出されるプロセス・シトクロムC放出カスケードに従いシステインプロテアーゼ（カスパーゼ 3, 8, 9 系列）が活性化されるプロセスに注目し、プラズマ由来の活性酸素種が細胞死（アポトーシス）を誘導するシグナル伝達経路を明らかにした。また、（２）昨年度までに開発したグラフ理論に基づくネットワーク解析手法により、特に大気飽和水および生理的食塩水の液相化学反応システムの詳細な検討を行った。これにより、低温プラズマと生体ターゲットを繋ぐ知見を得た。
これらの成果に基づき、原著学術論文 1編、国際会議招待講演 1件、国際会議講演 4件、国内会議招待講演 1件、国内会議講演 8件の業績を得た。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画以上に数理モデリング研究が進展しており、原著学術論文出版ならびに国内外あわせ2件の招待講演を行った。また実験研究（国内）も順調に進展している。一方、2020年初頭からつづく新型コロナウィルス感染症に起因したイレギュラーな国際情勢により、海外研究機関に赴き行う予定であった実験研究を断念せざるを得なかった。
今後、海外渡航が可能となり次第、国際的な共同研究体制を再確立しつつ、さらなる原著学術論文の投稿ならびに国際会議招待講演を行うなどの効果的な成果発表を行っていく。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度は、海外研究機関とのバーチャルな共同研究体制を維持しつつ国内でさらに数理モデリング研究を進展させる。（１）液相化学反応シミュレーションと複雑ネットワーク解析を組み合わせたモデリング手法を構築する。（２）単一細胞レベルの生理化学反応シミュレーションを進展させる。（３）細胞性免疫の主役となる白血球の動的挙動、すなわち遊走・貪食機能に注目した数理モデリングを開発する。ここでは、低温プラズマ照射が群体レベルでの細胞挙動に与える影響について解明する。また、基礎的実験研究を国内で行うことを基本方針としつつも、状況が許す限りにおいて海外渡航を行う。
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| Causes of Carryover |
理由：2020年初頭からつづく新型コロナウィルス感染症に起因したイレギュラーな国際社会情勢により海外渡航が完全に制限されたことにより、国際共同研究の遂行が容易ではなかったため。
使用計画：研究方針を大幅に変更する予定はなく、理論モデルの構築・数値シミュレーションを主体とした国際共同研究および国内における実験研究を軸に計画を遂行する。国際研究協力および国際会議などの成果公表の方法・内容・予算執行時期等については諸事情を鑑みつつ柔軟に考える。
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