短時間インターバル光増感反応の細胞障害機構の解明と不整脈治療への応用

• 研究課題/領域番号: 13J04672
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 応用光学・量子光工学
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 小川 恵美悠 慶應義塾大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2015年度)
• 配分額: 2,700千円 (直接経費: 2,700千円); 2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2014年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2013年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
• キーワード: 心筋細胞 / 細胞壊死 / 細胞外光増感反応 / タラポルフィンナトリウム / 電気伝導遮断

研究実績の概要

細胞外光増感反応を頻脈生不整脈に対するアブレーション治療の電気伝導遮断作成に応用する光線力学アブレーションの基礎検討として、心筋細胞を用いたin vitro実験にて臨床応用に最適な治療条件を探索することを目的として検討を行った。今年度は以下の3つの検討を行った。(1)生体内とin vitro実験系では酸素分圧が異なることに着目し、酸素環境を変えた環境下での細胞外光増感反応による殺細胞効果を明らかにした。初期酸素分圧を155, 40 mmHgと設定し、放射照射量20, 40 J/cm2で光照射を行い、光増感反応2時間後に死細胞率を計測した。酸素分圧が40 mmHgのときは155 mmHgのときと比較して死細胞率が優位に低くなり、放射照射量40 J/cm2の場合は80%程度、放射照射量20 J/cm2の場合は40%程度であった。(2)心筋細胞に対する光増感反応による酸化障害のモデル化を行った。一重項酸素の産生量によってある閾値以上で細胞毒性が生じ、その後死細胞率が線形的に増加し、ある一定の値で飽和するという所見が得られている。細胞死が得られる閾値以上、100%となる飽和点の間で線形近似をとることで、光増感反応による死細胞率モデルとした。細胞死が生じるまでの時間は一重項酸素の産生速度によって決まるため、逆数の関数を基本とした計算式を導き、この式における各定数項をフィッティングから求めた。(3)計算モデルによって、各条件における死細胞率と細胞死が生じるまでの時間を算出し、イヌを用いたin vivo実験との比較検討を行った。開胸下にて露出した心臓に光拡散体を内装したプローブを固定して光照射を10分間行った。1週間後に心臓を摘出し、ホルマリン固定後切片を切り出した。154 mW/cmの強度で光拡散体から光照射を行った結果、1週間後の心筋組織に約7.5 mm深さの壊死領域が得られた。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Effects of albumin binding on photocytotoxicity of extracellular photosensitization reaction using talaporfin sodium to rat myocardial cells (2015)
  • 著者名/発表者名: E. Ogawa, S. Motohashi, and T. Arai
  • 雑誌名: Photodiagnosis and Photodynamic Therapy 巻: 12 号: 2 ページ: 252-257
  • DOI: 10.1016/j.pdpdt.2015.02.001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Comparison of myocardial cell lethality 2 hours and 24 hours after extracellular talaporfin sodium-induced photosensitization reaction (2015)
  • 著者名/発表者名: E. Ogawa, N. Machida, A. Ito, and T. Arai
  • 雑誌名: Photodiagnosis and Photodynamic Therapy 巻: - ページ: 196-200
  • DOI: 10.1016/j.pdpdt.2015.06.008
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Evaluation of human and bovine serum albumin on oxidation characteristics by a photosensitization reaction under complete binding of talaporfin sodium (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Kurotsu, M. Yajima, M. Takahashi, E. Ogawa, and T. Arai
  • 雑誌名: Photodiagnosis and Photodynamic Therapy 巻: 12 号: 3 ページ: 408-413
  • DOI: 10.1016/j.pdpdt.2015.05.008
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Optimal conditions for cardiac catheter ablation using photodynamic therapy (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Kimura, S. Takatsuki, S. Miyoshi, M. Takahashi, E. Ogawa, Y. Katsumata, T. Nishiyama, N. Nishiyama, Y. Tanimoto, Y. Aizawa, T. Arai, K. Fukuda
  • 雑誌名: Europace 巻: euu335 号: 8 ページ: 1309-1315
  • DOI: 10.1093/europace/euu335
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cytotoxicity change with albumin binding of talaporfin sodium in extracellular photosensitization reaction on cardiomyocyte (2015)
  • 著者名/発表者名: E. Ogawa, S. Motohashi, and T. Arai
  • 雑誌名: SPIE BiOS. International Society for Optics and Photonics 巻: 9321 ページ: 93210I-93210I
  • DOI: 10.1117/12.2078454
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Time response of electrical conduction block in novel cardiomyocyte wire by extra-cellular photosensitization reaction at various irradiances (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Kurotsu, E. Ogawa, and T. Arai
  • 雑誌名: SPIE BiOS. International Society for Optics and Photonics 巻: 93210N ページ: 93210N-93210N
  • DOI: 10.1117/12.2078496
  • 査読あり
• [雑誌論文] Immediate response and cytotoxicity effect on myocardial cells by extracellular photosensitization reaction varying irradiance (2014)
  • 著者名/発表者名: E. Ogawa, A. Ito, and T. Arai
  • 雑誌名: Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2014 36th Annual International Conference of the IEEE 巻: - ページ: 5316-5319
  • DOI: 10.1109/embc.2014.6944826
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Conduction block in novel cardiomyocyte electrical conduction line by photosensitization reaction (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Kurotsu, E. Ogawa, and T. Arai
  • 雑誌名: Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), 2014 36th Annual International Conference of the IEEE 巻: - ページ: 4787-4790
  • DOI: 10.1109/embc.2014.6944694
  • 査読あり
• [雑誌論文] Immediate response of Ca^<2+> concentration in myocardial cells against oxidation stress by extracellular photosensitization reaction using Talaporfin sodium for the arrhythmia treatment application (2014)
  • 著者名/発表者名: E. Ogawa, M. Takahashi, A. Ito, and T. Arai
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 巻: 8941 ページ: 89410U-89410U
  • DOI: 10.1117/12.2038586
• [雑誌論文] Comparison of human serum and bovine serum albumins on oxidation dynamics induced by talaporfin sodium photosensitization reaction with albumin rich conditions : solution experiments (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Kurotsu, T. Nakamura, M. Takahashi, E. Ogawa, and T. Arai
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 巻: 8941 ページ: 89410F-89410F
  • DOI: 10.1117/12.2039028
• [雑誌論文] Photosensitization reaction along depth of a culture well with high concentration of talaporfin sodium for extra-cellular photodynamic therapy study (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Yajima, H. Kawakami, E. Ogawa, M. Takahashi, and T. Arai
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 巻: 8941 ページ: 89410V-89410V
  • DOI: 10.1117/12.2041950
• [雑誌論文] Acute cell death rate of vascular smooth muscle cells during or after short heating up to 20 s ranging 50 to 60℃ as a basic study of thermal angioplasty (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Shinozuka, N. Shimazaki, E. Ogawa, N. Machida, and T. Arai
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 巻: 8941 ページ: 89410L-89410L
  • DOI: 10.1117/12.2039040
• [雑誌論文] ELECTRICAL SUPERIOR VENA CAVA ISOLATION USING PHOTODY NANIC THERAPY (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Kimura, S. Takatsuki, S. Miyoshi, A. Ito, M. Takahashi, E. Ogawa, T. Arai, and K. Fukuda
  • 雑誌名: Journal of the American College of Cardiology 巻: 63(12) 号: 12 ページ: A360-A360
  • DOI: 10.1016/s0735-1097(14)60360-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detaied in vitro study of the photosensitization reaction of extracellular talaporfin sodium in rat myocardial cells (2013)
  • 著者名/発表者名: E. Ogawa, A. Ito, and T. Arai
  • 雑誌名: Lasers in Surgery and Medicine 巻: 45(10) ページ: 660-667
  • 査読あり
• [雑誌論文] Extracellular photosensitization reaction progress and effect on myocardial cell necrosis for arrhythmia treatment application (2013)
  • 著者名/発表者名: E. Ogawa. M. Takahashi, A. Ito, and T. Arai
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 巻: 8803 ページ: 88030K-88030K
  • DOI: 10.1117/12.2035034
• [雑誌論文] PDTの不整脈治療への応用 : PDTアブレーション装置の開発 (2013)
  • 著者名/発表者名: 高橋芽意、小川恵美悠、伊藤亜莉沙、荒井恒憲
  • 雑誌名: OplueE 巻: 35 ページ: 492-495
• [雑誌論文] Detection of singlet oxygen luminescence generated in photosensitization reaction excited by CW laser in vitro (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Kawakami, E. Ogawa, M. Takahashi, A. Ito, and T. Arai
  • 雑誌名: Proceedings of SPIE 巻: 879815 ページ: 879815-879815
  • DOI: 10.1117/12.2035061
• [雑誌論文] Nonthermal Cardiac Catheter Ablation Using Photodynamic Therapy (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Kimura, S. Takatsuki, S. Miyoshi, K. Fukumoto, M. Takahashi, E. Ogawa, A. Ito, T. Arai, S. Ogawa, and K. Fukuda
  • 雑誌名: Circulation : Arrhythmia and Electrophysiology 巻: 6 号: 5 ページ: 1025-1031
  • DOI: 10.1161/circep.113.000810
  • 査読あり
• [学会発表] 近赤外分光を用いた動脈硬化病変計測：コレステロールエステル比計測に対する外乱の検討および病態評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小川恵美悠，安元啓人，今西宣晶，相磯貞和，荒井恒憲
  • 学会等名: 第29回日本心臓血管内視鏡学会
  • 発表場所: 大阪国際会議場 (大阪)
  • 年月日: 2015-09-26
• [学会発表] Talaporfin sodium binding and photocytotoxicity of photosensitization reaction on myocardial cell under various albumin concentrations and temperature (2015)
  • 著者名/発表者名: E. Ogawa, H. Takenoya, A. Ito, T. Arai
  • 学会等名: 37th annual international conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society
  • 発表場所: MiCo (ミラノ, イタリア)
  • 年月日: 2015-08-26
• [学会発表] 血清蛋白結合が細胞外光増感反応による心筋細胞障害効果に与える影響 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小川恵美悠, 竹ノ谷洋海, 荒井恒憲
  • 学会等名: 第25回日本光線力学学会
  • 発表場所: 京王プラザホテル (東京)
  • 年月日: 2015-07-11
• [学会発表] 細胞外光増感反応による心筋細胞の電気伝導遮断効果：細胞外電位計測を用いた検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 土井万理香, 黒津真璃子, 小川恵美悠, 荒井恒憲
  • 学会等名: 第25回日本光線力学学会
  • 発表場所: 京王プラザホテル (東京)
  • 年月日: 2015-07-11
• [学会発表] talaporfin sodiumを用いた細胞外光増感反応による急性・亜急性期の血管内皮細胞障害: in vitroでの検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: 浜田梨沙, 松崎亮太, 小川恵美悠, 荒井恒憲
  • 学会等名: 第25回日本光線力学学会
  • 発表場所: 京王プラザホテル (東京)
  • 年月日: 2015-07-11
• [学会発表] Parameter study of myocardial cell damage with photosensitization reaction under extracellular talaporfin sodium existence (2015)
  • 著者名/発表者名: E. Ogawa and T. Arai
  • 学会等名: The 15th world congress of the International Photodynamic Association (IPA 2015)
  • 発表場所: Copacabana Palace (リオデジャネイロ, ブラジル)
  • 年月日: 2015-05-25
• [学会発表] Conduction block recovery by photosensitization reaction under extracellular talaporfin sodium existence in a cardiomyocyte electrical conduction wire (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Kurotsu, E. Ogawa, and T. Arai
  • 学会等名: The 15th world congress of the International Photodynamic Association (IPA 2015)
  • 発表場所: Copacabana Palace (リオデジャネイロ, ブラジル)
  • 年月日: 2015-05-25
• [学会発表] Acute phase injury of vascular endothelial cells under extra-cellular talaporfin sodium existence: in vitro Study (2015)
  • 著者名/発表者名: R. Hamada, R. Matsuzaki, H. Takenoya, M. Kurotsu, E. Ogawa, and T. Arai
  • 学会等名: The 15th world congress of the International Photodynamic Association (IPA 2015)
  • 発表場所: Copacabana Palace (リオデジャネイロ, ブラジル)
  • 年月日: 2015-05-25
• [学会発表] Cytotoxicity change with albumin binding of talaporfin sodium in extracellular photosensitization reaction on cardiomyocyte (2015)
  • 著者名/発表者名: E. Ogawa, S. Motohashi, and T. Arai
  • 学会等名: SPIE Photonics West BiOS2015
  • 発表場所: San Francisco (USA)
  • 年月日: 2015-02-10
• [学会発表] Immediate response and cytotoxicity effect on myocardial cells by extracellular photosensitization reaction varying irradiance (2014)
  • 著者名/発表者名: E. Ogawa, A. Ito, and T. Arai
  • 学会等名: 36th Annual International Conference of the IEEE
  • 発表場所: Chicago (USA)
  • 年月日: 2014-08-29
• [学会発表] 細胞外光増感反応による心筋細胞壊死の即時・急性効果の放射照度依存性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小川恵美悠、荒井恒憲
  • 学会等名: 第24回日本光線力学学会
  • 発表場所: アクトシティ浜松 コングレスセンター (静岡県、浜松)
  • 年月日: 2014-06-28
• [学会発表] 細胞外光増感反応を用いた即時的な心筋細胞電気生理学的機能障害の放射照度及び薬剤濃度依存性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小川恵美悠、荒井恒憲
  • 学会等名: 第53回日本生体医工学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター (宮城県、仙台)
  • 年月日: 2014-06-24
• [学会発表] Immediate response of Ca2+ concentration in myocardial cells against oxidation stress by extracellular photosensitization reaction using Talaporfin sodium for the arrhythmia treatment application (2014)
  • 著者名/発表者名: E. Ogawa, M. Takahashi, A. Ito, and T. Arai
  • 学会等名: SPIE Photonics West BioS2014
  • 発表場所: The Moscone Center (San Francisco, USA)
  • 年月日: 2014-02-04
• [学会発表] Photosensitization reaction along depth of a culture well with high concentration of talaporfin sodium for extra-cellular photodynamic therapy study (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Yajima, H. Kawakami, E. Ogawa, M. Takahashi, and T. Arai
  • 学会等名: SPIE Photonics West BioS2014
  • 発表場所: The Moscone Center (San Francisco, USA)
  • 年月日: 2014-02-04
• [学会発表] Comparison of human serum and bovine serum albumins on oxidation dynamics induced by talaporfin sodium photosensitization reaction with albumin rich conditions : solution experiments (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Kurotsu, T. Nakamura, M. Takahashi, E. Ogawa, and T. Arai
  • 学会等名: SPIE Photonics West Bi0S2014
  • 発表場所: The Moscone Center (San Francisco, USA)
  • 年月日: 2014-02-03
• [学会発表] Prediction of myocardial damage depth induced by extracellular photosensitization reaction using fluorescence measurement in vivo (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Takahashi, E. Ogawa, T. Nakamura, H. Kawakami, N. Machida, M. Yajima, M. Kurotsu, A. Ito, T. Kimura, and T. Arai
  • 学会等名: SPIE Photonics West BiOS2014
  • 発表場所: The Moscone Center (San Francisco, USA)
  • 年月日: 2014-02-01
• [学会発表] Talaporfin sodiumを用いた細胞外光増感反応 : 経カテーテル的測定による心筋ネクローシス深度の推定 (2013)
  • 著者名/発表者名: 高橋芽意、小川恵美悠、伊藤亜莉沙、木村雄弘、荒井恒憲
  • 学会等名: 第34回日本レーザー医学会総会
  • 発表場所: 国立がん研究センター築地キャンパス 国際研究交流会館(東京都)
  • 年月日: 2013-11-10
• [学会発表] Talaporfin sodiumを用いた細胞外光増感反応の蛍光進行モニタに対するアルブミン種の影響 : in vitro実験 (2013)
  • 著者名/発表者名: 黒津真璃子、中村哲也、高橋芽意、小川恵美悠、荒井恒憲
  • 学会等名: 第34回日本レーザー医学会総会
  • 発表場所: 国立がん研究センター築地キャンパス 国際研究交流会館(東京都)
  • 年月日: 2013-11-10
• [学会発表] 細胞外光増感反応による心筋細胞の即時的障害 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小川恵美悠、高橋芽意、伊藤亜莉沙、荒井恒憲
  • 学会等名: 第34回日本レーザー医学会総会
  • 発表場所: 国立がん研究センター築地キャンパス 国際研究交流会館(東京都)
  • 年月日: 2013-11-09
• [学会発表] Talaporfin sodiumを用いた細胞外光増感反応 : 細胞培養Well中の反応進行分布 (2013)
  • 著者名/発表者名: 矢島正大、河上裕重、小川恵美悠、高橋芽意、荒井恒憲
  • 学会等名: 第34回日本レーザー医学会総会
  • 発表場所: 国立がん研究センター築地キャンパス 国際研究交流会館(東京都)
  • 年月日: 2013-11-09
• [学会発表] Talaporfin sodiumを用いた細胞外光増感反応 : 心筋細胞の急性応答 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小川恵美悠、高橋芽意、伊藤亜莉沙、木村雄弘、三好野俊一郎、福本耕太郎、高月誠司、福田恵一、荒井恒憲
  • 学会等名: 第23回日本光線力学学会
  • 発表場所: 旭川グランドホテル(北海道)
  • 年月日: 2013-06-08
• [学会発表] PDTによる心臓カテーテルアブレーション : 不整脈治療への適応拡大 (2013)
  • 著者名/発表者名: 木村雄弘、高橋芽意、小川恵美悠、伊藤亜莉沙、福本耕太郎、三好俊一郎、高月誠司、福田恵一、荒井恒憲
  • 学会等名: 第23回 日本光線力学学会
  • 発表場所: 旭川グランドホテル(北海道)
  • 年月日: 2013-06-08
• [学会発表] Talaporfin sodiumを用いた細胞外光増感反応 : 反応進行に与えるalbumin/Talaporfin sodium濃度比の影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 黒津真璃子、中村哲也、高橋芽意、小川恵美悠、木村雄弘、福本耕太郎、三好俊一郎、高月誠司、福田恵一、荒井恒憲
  • 学会等名: 第23回 日本光線力学学会
  • 発表場所: 旭川グランドホテル(北海道)
  • 年月日: 2013-06-08
• [学会発表] 光増感反応による心筋組織障害深度 : 殺細胞率に及ぼす薬剤接触時間の影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 町田直樹、小川恵美悠、高橋芽意、木村雄弘、福本耕太郎、三好俊一郎、高月誠司、福田恵一、荒井恒憲
  • 学会等名: 第23回 日本光線力学学会
  • 発表場所: 旭川グランドホテル(北海道)
  • 年月日: 2013-06-08
• [学会発表] Talaportin sodiumを用いた細胞外光増感反応 : in vitro実験系における反応中の酸素動態 (2013)
  • 著者名/発表者名: 矢島正大、河上裕重、小川恵美悠、高橋芽意、木村雄弘、福本耕太郎、三好俊一郎、高月誠司、福田恵一、荒井恒憲
  • 学会等名: 第23回 日本光線力学学会
  • 発表場所: 旭川グランドホテル(北海道)
  • 年月日: 2013-06-08
• [学会発表] Myocardial cell necrosis and reaction progress of extracellular photosens itization reaction in vitro (2013)
  • 著者名/発表者名: E. Ogawa, M. Takahsshi, A. Ito, and T. Arai
  • 学会等名: The 14th world congress of the International Photodynamic Association (IPA 2013)
  • 発表場所: The Ritz-Carlton Seoul Hotel (ソウル, 韓国)
  • 年月日: 2013-05-29
• [学会発表] Extracellular photosensitization reaction progress and effect on myocardial cell necrosis for arrhythmia treatment application (2013)
  • 著者名/発表者名: E. Ogawa, M. Takahashi, and T. Arai
  • 学会等名: European Conference on Biomedical Optics
  • 発表場所: Messe Munchen (Munich, Germany)
  • 年月日: 2013-05-15
• [学会発表] Detection of singlet oxygen luminescence generated in photosensitization reaction excited by CW laser in vitro (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Kawakami, E. Ogawa, M. Takahashi, A. Ito, and T. Arai
  • 学会等名: European Conference on Biomedical Optics
  • 発表場所: Masse Munchen (Munich, Germany)
  • 年月日: 2013-05-15
• [学会発表] Estimation of photosensitization-induced myocardial damage depth by a talaporfin sodium fluorescence measurement via a laser catheter (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Takahashi, E. Ogawa, A. Ito, and T. Arai
  • 学会等名: European Conference on Biomedical Optics
  • 発表場所: Masse Munchen (Munich, Germany)
  • 年月日: 2013-05-15
• [学会発表] Electrophysiological effect on canine myocardium after photosensitization reaction in vivo (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Takahashi, E. Ogawa, A. Ito, T. Kimura, S. Takatsuki, K. Fukumoto, S. Miyoshi, K. Fukuda, and T. Arai
  • 学会等名: The 14th world congress of the International Photodynamic Association (IPA 2013)
  • 発表場所: The Ritz-Carlton Seoul Hotel (ソウル, 韓国)
• [学会発表] Estimation of myocardial necrosis-depth by talaporfin sodium with time based on in vitro experiment (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Machida, E. Ogawa, A. Ito, T. Arai
  • 学会等名: The 14th world congress of the International Photodynamic Association (IPA 2013)
  • 発表場所: The Ritz-Carlton Seoul Hotel (ソウル, 韓国)