Involvement of cell-to-cell communication in anticancer effect of microbeam radiation therapy

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K07737
• Research Institution: Oita University of Nursing and Health Sciences
• Principal Investigator: 小嶋 光明 大分県立看護科学大学, 看護学部, 准教授 (80382448)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 敦 東海大学, 工学部, 教授 (80193473) ; 大原 麻希 (小原麻希) 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学研究所, 研究員 (80736992)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: X線マイクロビーム / バイスタンダー効果 / レスキュー効果 / DNA二重鎖切断

Outline of Annual Research Achievements

マイクロビーム放射線療法（MRT）は新しい放射線治療法として期待されている。数十μm 幅に絞った微小Ｘ線ビームを「すだれ状」に照射することで、正常組織を守りつつ、がん組織を完全に破壊することが MRT の手法である。
本研究では MRT の抗がん効果の仕組みとして「がん組織ではＸ線が照射された細胞（照射細胞）から周囲の非照射細胞にバイスタンダー因子が伝達され死滅する（バイスタンダー効果説）。正常組織では照射細胞に周囲の非照射細胞からレスキュー因子が伝達され形態が守られる（レスキュー効果説）」という仮説を立て、細胞レベルでの実験を中心に検証することを目的とした。
本年度はヒト正常胎児肺由来繊維芽細胞（WI38）とヒト肺胞基底上皮腺がん細胞（A549）のそれぞれの細胞集団に、1Gy のＸ線を照射野面積を変えて照射し、照射細胞1個当たりの DNA 二重鎖切断（DSB）数を比較した。その結果、WI38 では同じ 1Gy であっても照射野面積が小さいと DSB 数が顕著に減少していたが、A549 では同様の傾向は見られなかった。
これらの結果から、１）正常細胞集団では照射野面積が小くなると（照射細胞が非照射細胞に完全に囲まれている状態）照射細胞と非照射細胞の間でレスキュー効果が生じている、２）がん細胞集団では照射野面積に依存した DSB 数の変化が見られなかったことから照射細胞と非照射細胞の間でレスキュー効果が生じていない可能性が考えられた。今後、他の細胞種でも検討し、正常細胞とがん細胞では、照射細胞と非照射細胞の細胞間コミュニケーションが異なることを明らかにする予定である。また、細胞死、細胞増殖能、レスキュー因子（cAMP, NF-κB）を指標とした解析も進めていく予定である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度は、がん細胞集団に 1Gy のＸ線を照射野面積を変えて照射し、DSB数を調べた結果、がん細胞ではレスキュー効果が生じていない可能性を見出した。よって、がん細胞と正常細胞では、照射細胞と非照射細胞の細胞間コミュニケーションが異なっている可能性がある。この結果はMRT の抗がん効果のメカニズムを考える上で重要な知見となったと考えている。

Strategy for Future Research Activity

他のヒト正常細胞集団とヒトがん細胞集団を用いて照射面積と影響（DSB、細胞死、細胞増殖）の関係を検討し、正常細胞とがん細胞では照射細胞と非照射細胞の細胞間コミュニケーションが異なっていることを明らかにする。また、正常細胞とがん細胞を混合培養してX線マイクロビームをすだれ状照射し、MRTの抗がん効果にレスキュー効果とバイスタンダー効果が関与しているかをそれぞれの因子であるcAMPやNF-κBを指標として検討していく予定である。

Causes of Carryover

コロナ感染症予防のため、高エネルギー加速器研究機構への出張計画を見直した。その結果、残額が生じたため次年度に繰り越すこととした。