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骨髄幹細胞の粒子線障害に対するNOを介した細胞競合による組織再生能維持機構の解明

Research Project

Project/Area Number 20H03620
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 52040:Radiological sciences-related
Research InstitutionUniversity of Fukui

Principal Investigator

松本 英樹  福井大学, 学術研究院医学系部門, シニアフェロー (40142377)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 前田 宗利  公益財団法人若狭湾エネルギー研究センター, 研究開発部, 主任研究員 (20537055)
平山 亮一  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 重粒子線治療研究部, 主任研究員(定常) (90435701)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥16,380,000 (Direct Cost: ¥12,600,000、Indirect Cost: ¥3,780,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2020: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
Keywords骨髄幹細胞 / 粒子線障害 / 細胞競合 / 組織再生能 / 粒子線 / 組織修復 / 粒子放射線 / 一酸化窒素
Outline of Research at the Start

粒子線がん治療における正常組織の粒子線被ばくの安全性を示す生物学的根拠は得られていない。研究代表者らは粒子線に対する細胞応答において一酸化窒素(NO)が重要な役割を果たしていることを明らかにしてきている。
本研究は粒子線がん治療における正常組織での粒子線被ばくの安全性を放射線治療生物学的に実証するために、粒子線照射した正常およびNO合成酵素欠損マウスの骨髄幹細胞動態(生存率・アポトーシス誘発率・損傷細胞の排除動態・特異的遺伝子/タンパク質発現動態など)を解析し、骨髄幹細胞の粒子線障害に対するNOを介した細胞競合による組織再生能維持機構を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、粒子線がん治療における正常骨髄の粒子線被ばくの安全性を実証するために、骨髄幹細胞の粒子線障害に対する組織再生維持機構を解明することを目的として実施された。
C57BLマウス(7週齢、雄)を拘束バッグに収納し、アクリルボードにテープで固定した。X線は福井大学ライフサイエンス支援センター・生物資源部門のX線照射装置を、炭素線は量研機構の医療用重粒子線加速器(HIMAC)を利用して、0.01 ~ 10.0 Gy単回全身照射した。照射後1、7および14日目にマウスから大腿骨を摘出し、骨髄細胞分画を調製し、MethoCult培地で培養し、形成されたコロニー数を計数することにより骨髄幹細胞の生存率を解析した。
(1)照射1日後の骨髄幹細胞の生存率:X線あるいは炭素線照射1日後の骨髄幹細胞の生存率曲線は、0.5 Gyまでに低線量超高感受性を示し、その後指数関数的に生存率が低下した。(2)照射7日後の骨髄幹細胞の生存率:X線あるいは炭素線照射7日後の骨髄幹細胞の生存率曲線は、照射1日後と同様に0.5 Gyまでに低線量超高感受性を示し、その後指数関数的に生存率が低下した。 (3)照射14日後の骨髄幹細胞の生存率:X線あるいは炭素線照射14日後の骨髄幹細胞の生存率曲線は、0.3 Gyまでにわずかな低線量超高感受性を示し、X線あるいは炭素線共に3 Gyまでの生存率は100%となり、5 Gyでの生存率は、それぞれ約80%あるいは約60%、10 Gyでの生存率は、それぞれ約20%あるいは約10%の生存率であった。
以上の結果から、照射直後にDNA損傷応答機構が稼働していないこと、および損傷骨髄幹細胞の排除/新生骨髄幹細胞の置換によって骨髄組織の再生が行われていることが示唆された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

2020年度の研究実施計画と研究実績とを照らし合わせると、陽子線照射実験はマシンタイムを確保することができず、実施できなかったが、炭素線照射実験およびX線照射実験は実施することができ、DNA損傷修復動態の解析以外は研究実績を得ることができた。

Strategy for Future Research Activity

1.炭素線およびX線照射実験において、骨髄幹細胞のDNA損傷修復動態の解析を実施する。
2.炭素線およびX線照射実験において、骨髄幹細胞の細胞周期の動態解析を実施する。
3.炭素線およびX線照射実験において、骨髄幹細胞の遺伝子発現の網羅的解析を実施する。
4.陽子線照射実験において、骨髄幹細胞の生存率解析およびアポトーシス誘導動態の解析を実施する。
5.陽子線照射実験において、骨髄幹細胞のDNA損傷修復動態の解析を実施する。

Report

(1 results)
  • 2020 Annual Research Report

Research Products

(22 results)

All 2021 2020

All Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Peer Reviewed: 11 results,  Open Access: 8 results) Presentation (10 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] A potential renewed use of very heavy ions for therapy: Neon minibeam radiation therapy.2021

    • Author(s)
      Prezado Y, Hirayama R, Matsufuji N, Inaniwa T, Martinez-Rovira I, Seksek O, Bertho A, Koike S, Labiod D, Pouzoulet F, Polledo L, Warfving N, Liens A, Bergs J, Shimokawa T.
    • Journal Title

      Cancers (Basel)

      Volume: 13 Pages: 1356-1356

    • DOI

      10.3390/cancers13061356

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Health effects triggered by tritium: How do we get public understanding based on scientifically supported evidence?2021

    • Author(s)
      Matsumoto H, Shimada Y, Nakamura AJ, Usami N, Ojima M, Kakinuma S, Shimada M, Sunaoshi M, Hirayama R, Tauchi H.
    • Journal Title

      J Radiat Res

      Volume: in press Pages: 1-1

    • DOI

      10.1093/jrr/rrab029

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  • [Journal Article] Lethal DNA lesions caused by direct and indirect actions of X-rays are repaired via different DSB repair pathways under aerobic and anoxic conditions.2021

    • Author(s)
      Hirayama R, Ito A, Uzawa A, Matsumoto Y, Noguchi M, Li H, Suzuki M, Ando K, Okayasu R, Hasegawa S, Furusawa Y.
    • Journal Title

      Radiat Res

      Volume: in press Pages: 1-1

    • DOI

      10.1667/rade-20-00235.1

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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effect of gold nanoparticle radiosensitization on plasmid DNA damage induced by high-dose rate brachyth erap2021

    • Author(s)
      Yogo K, Misawa M, Shimizu M, Shimizu H, Kitagawa T, Hirayama R, Ishiyama H, Furukawa T, Yasuda H.
    • Journal Title

      International Journal of Nanomedicine

      Volume: 14;16 Pages: 359-370

    • DOI

      10.2147/ijn.s292105

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  • [Journal Article] Green one-step synthesis of medical nanoagents for advanced radiation therapy.2020

    • Author(s)
      Salad-Leza D, Porcel E, Yang X, Stefancikova L, Bolsa-Ferruz M, Savina F, Dragoe D, Guerquin-Kern J-L, Wu T, Hirayama R, Remita H, Locombe S.
    • Journal Title

      Nanotech Sci Appl

      Volume: 13 Pages: 61-76

    • DOI

      10.2147/nsa.s257392

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  • [Journal Article] Dual aspect of radioenhancers and free radical scavenger.2020

    • Author(s)
      Le Sech C, Hirayama R.
    • Journal Title

      Free Radic Biol Med

      Volume: 159 Pages: 103-106

    • DOI

      10.1016/j.freeradbiomed.2020.06.019

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  • [Journal Article] Protective Effect of D-Methionine on Plasmid DNA Damage Induced by Therapeutic Carbon Ions2020

    • Author(s)
      余語 克紀,村山 千恵子,藤澤 義樹,前山 拓哉,平山 亮一,松本 謙一郎,中西 郁夫,保田 浩志,石山 博條,早川 和重
    • Journal Title

      Radiat Res

      Volume: 印刷中 Pages: 513-519

    • DOI

      10.1667/rr15502.1

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  • [Journal Article] Combination of Agents Modifying Effects in Hadrontherapy: Modelization of the role of HO° free radicals.2020

    • Author(s)
      Usami N, Hirayama R, Kobayashi K, Furusawa Y, Le Sech C.
    • Journal Title

      Int J Radiat Biol

      Volume: 96 Pages: 622-627

    • DOI

      10.1080/09553002.2020.1721594

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    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Direct observation of damage clustering in irradiated DNA with atomic force microscopy2020

    • Author(s)
      Xu Xu, Toshiaki Nakano, Masataka Tsuda, Ryota Kanamoto,Ryoichi Hirayama, Akiko Uzawa and Hiroshi Ide
    • Journal Title

      Nucl Acids Res

      Volume: 48(3)

    • DOI

      10.1093/nar/gkz1159

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Current Status and Prospects of the Research Using Energetic Ion Beams at the Wakasa Wan Energy Research Center2020

    • Author(s)
      Iwase A, Hatori S, Kurita T, kume K, Maeda M, Takagi K, Hatashita M, Ishigami R, Suzuki K.
    • Journal Title

      Trans. Mat. Res. Soc. Japan

      Volume: 45 Issue: 4 Pages: 89-96

    • DOI

      10.14723/tmrsj.45.89

    • NAID

      130007884018

    • ISSN
      1382-3469, 2188-1650
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  • [Journal Article] Enhanced cell inactivation and double-strand break induction in V79 Chinese hamster cells by monochromatic X-rays at phosphorus K-shell absorption peak.2020

    • Author(s)
      Konishi T, Yoshihara D, Maeda M, Ohsawa D, Usami N, Hieda K.
    • Journal Title

      Quantum Beam Sci

      Volume: 4 Pages: 38-38

    • DOI

      10.3390/qubs4040038

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  • [Presentation] 細胞への放射線照射によってDNA中に生じた損傷の可視化.2020

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      中野敏彰、赤松 憲、鹿園直哉、平山亮一、玉田太郎、廣本武史
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      量子生命科学会第2回大会
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      浦野建太、伊藤 敦、高野勇貴、吉田茂生、平山亮一、古澤佳也、舟山知夫、横田裕一郎
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      Hirayama R, Tabrez-Ahmed-Takano Y, Uzawa A, Hasegawa S.
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      Tabrez-Ahmed-Takano Y, Urano K, Ito A, Ouchi F, Hirayama R, Furusawa Y, Funayama T, Yokota Y.
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      日本放射線影響学会第63回大会
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      Urano K, Ito A, Takano Y, Ouchi F, Hirayama R, Furusawa Y, Funayama T, Yokota Y.
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      日本放射線影響学会第63回大会
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      Ando K, Koike S, Matsufuji N, Hirayama R, Yoshida Y.
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      Maeda M, Maeda M, Matsumoto H, Tomita M, Kume K.
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      日本放射線影響学会第63回大会
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      前田宗利
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      公益財団法人若狭湾エネルギー研究センター第22回研究報告会
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    • Organizer
      日本放射線腫瘍学会第33回学術大会
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  • [Book] 第1種放射線取扱主任者試験マスター・ノート 4th Edition2021

    • Author(s)
      波戸芳仁、萩原雅之、横田繁昭、平山亮一、加藤真介、佐藤斉、井上一雅
    • Total Pages
      404
    • Publisher
      メジカルビュー社
    • ISBN
      9784758320375
    • Related Report
      2020 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2022-04-19  

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