2014 Fiscal Year Research-status Report
超短パルス高電界がん治療法のための分散性非線形パルス形成線路での電磁波生成と効果
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26420220
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
南谷 靖史 山形大学, 理工学研究科, 准教授 (10323172)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | がん治療 / がん細胞 / アポトーシス / パルスパワー / パルス電磁波 / 磁気スイッチ / 非線形伝送線路 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
がん細胞にナノ秒パルスパワーによる高電界を印加することで，がん細胞にアポトーシスを引き起こすことができることが最近の研究で明らかになっている。このような高電界を患部に印加するのに複数のアンテナを身体の周囲に置き，患部に電界を重ね合わせ，高電界をかける方法が提案されている。これまで我々はパルス電磁波発生装置にはLC反転回路を使用してきたが、出力されるバーストパルスの持続時間が短く，細胞に与えられるエネルギーが少ないという問題点があった。そこで磁気スイッチを用いた非線形伝送線路を導入し、持続時間が長くかつ高電圧のバーストパルスを出力できる装置を検討している。この装置は伝送線路上の各コンデンサにより出力されるパルスのタイミングを磁気スイッチで遅らせることで回路に組み合わせたLC段数分のパルスを連続で出力でき，長時間持続可能なバーストパルスを得ることが可能となる回路である。本年度はこの装置を作製し，出力電圧波形を確認した。そして出力電圧および周波数成分の出力特性を調べた。また，ヒト細胞と同じ真核細胞である出芽酵母を用い，どのような周波数および電界強度のパルス電界を印加するとがん細胞に効率よくアポトーシスを引き起こすことができるか調査した。
まずSpiceシミュレーションにより磁気スイッチ型非線形伝送線路によりバーストパルスを発生させることができることが分かった。そして実験により，磁気スイッチ型非線形伝送線路を用いることで最大出力電圧8kV，持続時間720ns，最大周波数50MHzのバーストパルスを得ることができた。
出芽酵母に与える影響の調査では，周波数70MHz，電界強度120kV/cmの印加条件でキレート剤を添加したことにより細胞内に活性酸素が発現しなくなったことから，細胞内部に影響を与えることによりミトコンドリアから活性酸素を産出する可能性が高いことがわかった。
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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
今年度は磁気スイッチ型非線形伝送線路を個別部品で構成した。目標は100MHzの振動周期の10kVの高電圧バーストパルスを100nsの間連続して出力できる装置であり，今年度に得られた結果は，最大出力電圧8kV，最大周波数50MHzで目標に完全には到達していないが，十分今後につながる結果であった。それはこの結果は磁気スイッチコアの特性に大きく依存するため，コアをVT積の大きなものに変えることで達成可能と試算されるからである。持続時間に関しては10段で720nsと，十分な結果を得られた。
単一の周波数成分を持つバーストパルス電界を用い，周波数を変化させて，がん細胞のモデル生物として用いた出芽酵母にどのような影響を与えられるか行った調査では，周波数70MHzで細胞内部に影響を与えることにより，ミトコンドリアからROSを産出する可能性が高いことを明らかにでき，がん治療に必要な周波数を明らかにするデータを追加できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，磁気スイッチコアをVT積の大きなものに交換し，周波数，出力電圧が上がることを確認し，その後周波数を500MHzまで持っていけるよう同軸状で構成し，出力を確認する。
細胞へのアポトーシス誘導の調査では，Ca2+を阻害することにより，他のアポトーシスマーカーも発現しなくなるのか調査し，アポトーシスが起こっていることの確認をする。また，500MHzまでの周波数でアポトーシス誘導について調査する必要がある。
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| Causes of Carryover |
アポトーシス誘導の検証を分子プローブで行った方がよいことが判明したため，単年度に装置の大きな予算がかかる形でなく各年度に分子プローブを購入する予算が必要になったことから，次年度，次々年度にその予算を割り当てるための繰り越しが必要になった。また，非線形伝送線路を作るための可飽和コアに当初予想より費用がかかる目算になったのでそちらにも予算を振り分けたが，今年度購入までいかなかったので次年度購入のため繰り越した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
分子プローブは薬品であり，各年度25万円ほどの追加予算が必要であるのでその分に割り当てる。また可飽和コアにも追加で10万円ほど追加で予算を割り当てる。
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Research Products
(6 results)
