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Inhibitory mechanism of cell division by spatiotemporally modulated electric field and its application

Research Project

Project/Area Number 18H03520
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

藏田 耕作  九州大学, 工学研究院, 准教授 (00368870)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2019: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
Fiscal Year 2018: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Keywords細胞分裂 / 電界分布 / 誘電泳動力 / 低侵襲ガン治療 / 遺伝子マニピュレーション
Outline of Annual Research Achievements

本研究では,細胞に電界を与えて染色体や微小管に誘電泳動力を働かせ,細胞分裂を阻害して壊死させる新しいガン治療法の確立を目指している.
昨年度に実施したアフリカツメガエルの受精卵を用いた実験では,電界印加を行っていない対照群における生存率の低さが問題であった.培養条件を検討して,MBS溶液にFicollを添加し,96穴プレートで受精卵を個別に分けて16℃で培養することによって,生存率を上げることができた.
そこで,受精卵が二細胞から四細胞になるまでの間,卵割面と平行または直交する方向に微弱交流電界を印加し,その後の卵割の様子を観察した.なお,印加する電界の強度と周波数はこれまでの数値シミュレーションの結果から最適と思われるものに設定した.中期胞胚遷移(受精後8時間)における生存卵数を基準にして原腸胚期(受精後24時間)における生存率を算出して比較したところ,電界の印加有無や方向による生存率に有意差は認められなかった.しかし,受精後96時間の個体で奇形発生率を比較すると,電界を印加していない対照群で21%であったのに対し,卵割面に平行に電界を印加した群で41%,垂直に印加した群で50%と有意に増加していた.このような個体発生後に認められた奇形は,メカニズムは不明なものの,電界の印加によって引き起こされた可能性が高い.
一方,交流電界が細胞膜電位に与える影響を明らかにするためにパッチクランプ法による計測を進めた.ガラス電極の製作条件などを検討し,ホールセル法によって細胞膜抵抗の時間的な変化を計測することができるようになった.引き続き,交流電界印加後の膜抵抗変化を計測する予定である.
電界分布の数値シミュレーションに関しては,タグチメソッドと呼ばれる品質工学で用いられる最適化手法を組み合わせて,最大の誘電泳動力を発生させる電界印加条件を見出す方法について取りまとめ,論文掲載された.

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(7 results)

All 2022 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Application of the Taguchi method to explore a robust condition of tumor-treating field treatment2022

    • Author(s)
      Kurata Kosaku、Shimada Kazuki、Takamatsu Hiroshi
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: 17

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0262133

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effects of cell morphology and electrical properties on electric field and dielectrophoretic force generated in cell exposed to tumor-treating field2021

    • Author(s)
      Kurata K、Iwata T、Shimada K、Takamatsu H
    • Journal Title

      IOP Conference Series: Materials Science and Engineering

      Volume: 1096 Pages: 012003-012003

    • DOI

      10.1088/1757-899x/1096/1/012003

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 弱い交流電界による有糸分裂の阻害とがん治療への応用2020

    • Author(s)
      藏田耕作,島田一樹,岩田季久,髙松洋
    • Journal Title

      月刊「細胞」

      Volume: 52(8) Pages: 31-34

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 交流電界によって細胞内に誘起される誘電泳動力の解析2020

    • Author(s)
      藏田耕作,島田一樹,船岡佳生,高松洋
    • Organizer
      第25回計算工学講演会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Application of Low-intensity Electric Fields to Cancer Treatment2020

    • Author(s)
      Kosaku Kurata, Hiroshi Takamatsu
    • Organizer
      The 6th International Conference on Industrial, Mechanical, Electrical and Chemical Engineering (ICIMECE) 2020
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 交流電界中の受精卵に働く誘電泳動力の三次元有限要素解析2019

    • Author(s)
      島田一樹,岩田季久,藏田耕作,高松洋
    • Organizer
      第30回バイオフロンティア講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 交流電界中の分裂細胞に作用する誘電泳動力の分布2018

    • Author(s)
      岩田季久,島田一樹,藏田耕作,高松洋
    • Organizer
      第31回バイオエンジニアリング講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-12-28  

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