内部被ばくの分子病理学的影響検出と周辺細胞のPatho-マイクロドジメトリー解析

• 研究課題/領域番号: 18K10027
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分58020:衛生学および公衆衛生学分野関連:実験系を含む
• 研究機関: 長崎大学
• 研究代表者: 七條 和子 長崎大学, 原爆後障害医療研究所, 助教 (90136656)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 内部被ばく / 分子病理学 / マイクロドジメトリー / 放射化マンガン / 肺

研究実績の概要

福島原発事故後11年を迎えた日本では、放射線の作用が腫瘍発生・腫瘍制御に関する研究の中で最も関心事となりその基礎的研究の重要性が増している。本研究 の目的は、体内残留放射能が内部被ばくとして人体に及ぼす影響を分子病理学的に検出し、組織細胞のマイクロドジメトリーとの関連を検討すること(Patho-マ イクロドジメトリー)である。 私達は長崎原子爆弾のPu-239由来α粒子の飛跡を近距離被爆者の病理標本上に確認し、それをもとに内部被ばくの科学的証拠を初めて示し、論文発表した。現在の外部被曝線量の評価法では、被爆者の最も高い骨髄組織吸収線量は0.560 mGy/y, 生存期間68日における累積線量は0.104 mGyとごく僅かで、人体に影響する値ではないと考えられた。今回、α粒子飛跡周辺細胞では、粒子が細胞核を通過する際の局所的線量は高線量(血管内皮細胞で3.89Gy、肝実質細胞で1.29Gy) と算出された。内部被ばくは生物学的半減期・物理学的半減期によって被爆後人体内から急速に減衰することから生存被爆者で残存放射能を検出することは不可能である。 原爆からの中性子線で放射化された物質のうち内部被ばくで主要なものとして放射性Mn-56 が特定されている。「広島原爆において入市1日目の入市被爆者の死亡率が高い。」という疫学的データーがあるが、放射化された土中の MnO2 微粒子が大気中に多量に舞い、これを吸い込むことで早期入市者に内部被ばくが引き起こされたと考えられる。日本では放射線管理上の理由で実験が困難なためカザフスタン国立核研究センターの IVG.1M 原子炉で照射を行い、得られた放射性 MnO2 をラットに暴露する実験を行った。今後、この内部被ばくラット組織内に沈着するMnO2粒子近傍のβ線吸収線量を指標として特に肺，小腸について遺伝子不安定性分子病理マーカーの探索を行う。

現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

１）セメイ医科大学（カザフスタン）と共同研究で内部被ばく線量を変えた実験（Mn-56x1, x2, x3）を行い病理標本を採取した。既存のラット内部被ばく病理標本の画像データーベースを作り解析した。MnO2を放射化して得たMn-56微粒子を曝露した各臓器の内部被ばくによる被曝吸収線量推定値は、全身0.14Gy、小腸 1.48Gy、肺0.11Gy、他の臓器ではそれ以下であった。肺では気腫、出血、炎症が6時間から180日後まで引き続き、180日後には高度の炎症細胞浸潤と肺炎、無気肺、肉芽腫、高度の出血など重篤な所見が認められた。60Co-2Gy外部照射群では認められなかった。線維化について特殊染色、弾性線維（エラスチン）、膠原線維（コラーゲン）を染色し、陽性領域の割合を解析した結果、内部被ばく群でエラスチンの異常沈着を認めた。
２）Patho-マイクロドジメトリー；遺伝子不安定性マーカーとして、2種のマーカー； H&E染色による細胞核異型、TUNEL法によるDNA障害アポトーシス細胞を観察した。分子病理学的定量解析の結果、Mn-56内部被ばく群では、肺にアポトーシス細胞が見られた。
３）56MnO2 沈着肺病理標本におけるSR-XRF-XANES解析(放射蛍光X線分析法とX線吸収微細構造; 照射X線の内殻電子励起による吸収による元素分析)を行い、Fe元素と共存するMn2+を肺標本上に同定した。周辺組織部位は病理学的には血痰と壊死組織だった。放射性Mn56 微粒子の吸収線量は、主にβ線によるもので、微粒子径 5μmで粒子表面線量が 8.05Gy、10μmで15.5Gyと算出された。論文review発表後、中国新聞2月に掲載された。
４）今年度も海外出張が制限され実験結果の検討に時間を要し、小腸標本でアポトーシス異常細胞とMn2＋の同定結果を論文投稿中で完成に至っていない。

今後の研究の推進方策

１）内部被ばく実験のラット小腸の内部被ばく病理標本を収集し、今までの実験と同様に、遺伝子不安定性マーカー蛋白、および病理所見を指標とする画像データーベースを作成したので解析後論文にして投稿中である。
２）Patho-マイクロドジメトリー；遺伝子不安定性マーカーとしては、2種のマーカー； H&E染色による細胞核異型、TUNEL法によるDNA障害アポトーシス細胞を観察する。人体病理で認められる放射線性腸炎と照らし合わせた検討を行う。得られたラット標本の放射性Mn-56が沈着した組織周辺の細胞における Patho-マイクロドジメトリーの結果を踏まえて、人体病理との関連性について再考察する。これらを集積し、分子病理学的に定量解析を行い論文で公表する。
３）当初の動機となったMnO2 微粒子径の大きさで被ばく線量が異なることに着目した実験系；微粒子径を従来の 5μm に加えて10μm の Mn-56 ball を用いた実験については、海外共同研究者を通じた実験計画への参画が必要であるが、現在、新型コロナウイルスの影響のため滞っており、実績作りと信頼性を確認するために今までのデーター収集と論文公表に全力を尽くす。遺伝子不安定性マーカー53BP1等の核内フォーカス発現を指標とした分子病態への影響について、内部被ばく線量依存性を観点にPatho-マイクロドジメトリ－を基に検討する。ラット標本における局所的高線量被曝と放射性Mn-56沈着組織周辺の細胞における傷害をとらえたPatho-マイクロドジメトリーの結果を踏まえた新知見から見える“人体病理との関連性”について放射線災害などを見据えた考察を行う。一部は、既に核戦争防止世界医師の会（23thIPPNW2023）で発表した。さらに人体における内部被ばく（残存遺伝子異常）による放射線の分子病理学亭影響を論文等により公表したい。

研究成果

• [国際共同研究] Semey State Medical University/Eurasian National University(カザフスタン)
• [国際共同研究] A. Tsyb Medical Research Center/National Medical Research Center(ロシア連邦)
• [国際共同研究] Semey State Medical University(カザフスタン)
• [国際共同研究] National Medical Research Center(ロシア連邦)
• [国際共同研究] Semey State Medical University(カザフスタン)
• [国際共同研究] National Medical Research Center(ロシア連邦)
• [国際共同研究] Semey State Medical University/National Nuclear Center of the Republic/Oncology center(カザフスタン)
• [雑誌論文] Pathological observation of the effects of exposure to radioactive microparticles on experimental animals. (2022)
  • 著者名/発表者名: Shichijo K, Takatsuji T
  • 雑誌名: Journal of Radiation Research 巻: 63(S1) 号: Supplement_1 ページ: i26-i37
  • DOI: 10.1093/jrr/rrac045
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] External dose estimates of laboratory rats and mice during exposure to dispersed neutron-activated 56Mn powder. (2022)
  • 著者名/発表者名: Stepanenko V, Sato H, Fujimoto N, Shichijo K, Toyoda S, Kawano N, Endo S, Kaprin A, Ivanov S, Shegay P, Petukhov A
  • 雑誌名: Journal of Radiation Research 巻: 63(S1) 号: Supplement_1 ページ: i16-i20
  • DOI: 10.1093/jrr/rrac032
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Microdistribution of internal radiation dose in biological tissues exposed to 56Mn dioxide microparticles. (2022)
  • 著者名/発表者名: Stepanenko V, Kaprin A, Ivanov S, Shegay P, Viktoria B, Sato H, Shichijo K, Toyoda S, Kawano N, Ohtaki M, Fujimoto N, Endo S, Chaizhunusova N, Shabdarbaeva D, Zhumadilov K, Hoshi M
  • 雑誌名: Journal of Radiation Research 巻: 63(S1) 号: Supplement_1 ページ: i21-i25
  • DOI: 10.1093/jrr/rrac023
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Age-dependent effects on radiation-induced carcinogenesis in the rat thyroid (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsuyama M, Shichijo K, Matsuda K, Fujimoto N, Kondo H, Miura S, Kurashige T, Nagayama Y, Nakashima M.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 19096-19096
  • DOI: 10.1038/s41598-021-98481-z
  • NAID: 120007175565
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Relationship between thyroid tumor radiosensitivity and nuclear localization of DNA-dependent protein kinase catalytic subunit (2020)
  • 著者名/発表者名: Ihara M, Shichijo K, Ashizawa K, Matsuda K, Otsubo R, Horie I, Nakashima M, Kudo T
  • 雑誌名: J Radiat Res 巻: 61 号: 4 ページ: 511-516
  • DOI: 10.1093/jrr/rraa032
  • NAID: 120006988124
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Internal doses in experimental mice and rats following various exposures to neutron-activated 56Mn02 powder: results of international multicenter study (2020)
  • 著者名/発表者名: Stepanenko V, Zhumadilov K, Hoshi M, Zhunussov YT, Endo S, Ohtaki M, Otani M, Fujimoto N, Shichijo K, Kawano N, Sakaguchi A, Chaizhunusova N, Shabdarbaeva D, Gnyrya V, Аzimkhanov A, Kaprin A, Ivanov S, Yaskova E, Belukha I, Kolyzhenkov T, Petukhov A , Bogacheva V.
  • 雑誌名: Radiation and Environmental Biophysics 巻: 59 号: 4 ページ: 683-692
  • DOI: 10.1007/s00411-020-00870-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Protective effects of a cystine and theanine mixture against acute radiation injury in rats (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsuu-Matsuyama Mutsumi、Shichijo Kazuko、Tsuchiya Takashi、Kondo Hisayoshi、Miura Shiro、Matsuda Katsuya、Sekine Ichiro、Nakashima Masahiro
  • 雑誌名: Environmental Toxicology and Pharmacology 巻: 78 ページ: 103395-103395
  • DOI: 10.1016/j.etap.2020.103395
  • NAID: 120006988216
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Impact of local high doses of radiation by neutron activated Mn dioxide powder in rat lungs: Protracted pathologic damage initiated by internal exposure. (2020)
  • 著者名/発表者名: Shichijo K, Takatsuji T, Abishev Z, Uzbekov D, Chaizhunusova N, Shabdarbaeva D, Niino D, Kurisu M, Takahashi Y, Stepanenko V, Azhimkhanov A, Hoshi M.
  • 雑誌名: Biomedicines 巻: 8 号: 6 ページ: 171-171
  • DOI: 10.3390/biomedicines8060171
  • NAID: 120006988116
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ラット甲状腺の急性期放射線感受性におけるオートファジーの影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松山睦美、七條和子、松田勝也、三浦史郎、近藤久義、中島正洋
  • 雑誌名: 広島医学 巻: 73 ページ: 207-210
• [雑誌論文] Wortmannin, a specific inhibitor of phosphatidylinositol-3-kinase, induces accumulation of DNA double-strand breaks. (2020)
  • 著者名/発表者名: Ihara M, Shichijo K, Takeshita S, Kudo T
  • 雑誌名: J Radiat Res 巻: 61(2) 号: 2 ページ: 171-176
  • DOI: 10.1093/jrr/rrz102
  • NAID: 120006988251
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Expression of the DNA-dependent protein kinase catalytic subunit is associated with the radiosensitivity of human thyroid cancer cell lines. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ihara M, Ashizawa K, Shichijo K, Kudo T.
  • 雑誌名: J Radiat Res. 巻: 60 号: 2 ページ: 171-177
  • DOI: 10.1093/jrr/rry097
  • NAID: 120006987752
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reactivation of heat-inactivated Ku proteins by heat shock cognate protein HSC73. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ihara M, Shichijo K, Kudo T, Ohtsuka K
  • 雑誌名: Int J Hyperthermia 巻: 36(1) ページ: 438-443
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reactivation of heat-inactivated Ku proteins by heat shock cognate protein HSC73. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ihara M, Shichijo K, Kudo T, Ohtsuka K.
  • 雑誌名: Int J Hyperthermia. 巻: 36 号: 1 ページ: 438-443
  • DOI: 10.1080/02656736.2019.1587009
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Autoradiographic analysis of internal plutonium radiation exposure in Nagasaki atomic bomb victims. (2018)
  • 著者名/発表者名: 1.Shichijo K, Takatsuji T, Fukumoto M, Nakashima M, Matsuyama M and Sekine I
  • 雑誌名: Heliyon 巻: 4 (6) 号: 6 ページ: e00666-e00666
  • DOI: 10.1016/j.heliyon.2018.e00666
  • NAID: 120006988005
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comparison of p53 protein in the pulmonary tissue of rats exposed to internal and external radiation (2018)
  • 著者名/発表者名: Uzbekov D, Shichijo K, Shabdarbaeva D, Sayakenov N, Chaizhunusova N, Zhakipova A, Uzbekova S, Saporov R, Ruslanova B, Apbasova M
  • 雑誌名: Science and Healthcare 巻: 20（6） ページ: 70-80
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] アミノ酸混合物シスチン・テアニンの放射線防護効果：前投与による急性小腸・骨髄障害と長期生存率への影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松山睦美、七條和子、土屋誉、米田純也、近藤久義、松田勝也、三浦史郎、関根一郎、中島正洋
  • 雑誌名: 長崎医学会雑誌 巻: 93 ページ: 367-369
• [学会発表] カザフスタンのウラン鉱山近郊の大気中のエアロゾルの収集と測定及び放射性微 粒子の生物影響(Title: Collection and measurement of atmospheric aerosols near uranium mines in Kazakhstan and studies of biological effects of radioactive microparticles) (2023)
  • 著者名/発表者名: M Hoshi, S Tokonami, Y Omori, A Sakaguchi, Y Onda, M Bakhtin, D Ibrayeva, M Aumalikova, Y Kashkinbayev, P Kazymbet, S Endo, N Fujimoto, N Kawano, S Toyoda, H Sato, K Shichijo, Z Serikov, A Klivenko, S Dyussembaev, A Zhumalina, K Zhumadilov, V Stepanenko
  • 学会等名: ERAN2022 年次報告会
  • 国際学会
• [学会発表] カザフスタンのウラン鉱山近郊の大気中のエアロゾルの収集と測定及び放射性微粒子の生物影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 星 正治、遠藤 暁、藤本成明、佐藤 斉、豊田 新、七條和子、床次眞司、大森康孝、坂口 綾、恩田裕一、Bakhtin V、Kazymbet P、Duyssembayev S、Zhumadilov K、Stepanenko V
  • 学会等名: 2022 年度 ERAN オンラインキックオフミーティング
  • 国際学会
• [学会発表] カザフスタンのウラン鉱山近郊の大気中のエアロゾルの収集と測定及び放射性微 粒子の影響研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 星 正治・佐藤 斉・遠藤 暁・藤本成明・七條和子
  • 学会等名: ERAN2021 年次報告会
• [学会発表] 放射性微粒子による内部被ばく実験 (2022)
  • 著者名/発表者名: 七條和子
  • 学会等名: 「低線量被ばく問題研究会」第7回研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 長崎原爆による広範囲のフォールアウトの可能性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 高辻俊宏
  • 学会等名: 「低線量被ばく問題研究会」第7回研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Pathological effects in relation to dose level after acute intake of neutron-activated 56Mn dioxide powder in Wistar rats. (2022)
  • 著者名/発表者名: Shichijo K, Takatsuji T
  • 学会等名: The 24th Hiroshima International Symposium "Research on radiation and its effects in Kazakhstan and other countries"
  • 国際学会
• [学会発表] カザフスタンのウラン鉱山近郊の大気中のエアロゾルの収集と測定及び放射性微粒子の影響研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 星 正治・佐藤 斉・遠藤 暁・藤本 成明・七條 和子・坂口 綾・恩田 裕一
  • 学会等名: 2021年度ERANオンラインキックオフミーティング
  • 国際学会
• [学会発表] アミノ酸混合物シスチン・テアニンのラットにおける放射線防護効果 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松山睦美、七條和子、土屋誉、中島正洋
  • 学会等名: 第５回放射線災害・医科学研究拠点カンファランス
• [学会発表] Impact of Local High Doses of Radiation by Neutron Activated Mn Dioxide Powder in Rat Lungs: Protracted Pathologic Damage Initiated by Internal Exposure (2021)
  • 著者名/発表者名: Shichijo K, Takatsuji T
  • 学会等名: European Society of Medicine CONGRESS
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Animal exposure experiments using Mn-56 dioxide radioactive microparticles. (2021)
  • 著者名/発表者名: Hoshi M, Chaizhunusova N, Zhumadilov K, Uzbekov D, Shabdarbaeva D, Kairkhanova Y, Amantaeva G, Ruslanova B, Apbassova M, Abishev Z, Baurzhan A, Saimova A, Sakakov M, Gnyrya VS, Vurim A, Azimkhanov A, Kolbayenkov A,Ohtaki M, Otani K, Fujimoto N, Shichijo K et al.
  • 学会等名: the XVII International scientific-practical conference "ECOLOGY. RADIATION.HEALTH"
  • 国際学会
• [学会発表] 長崎原爆被爆者におけるプルトニウム内部被曝のオートラジオグラフ分析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 七條和子
  • 学会等名: 第11回長崎市原子爆弾放射線影響研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Comparison of pathological effects of internal and external exposure: micro-dosimetry reveals early event high dose impact initiates protracted pathological damage. (2019)
  • 著者名/発表者名: Shichijo K, Takatsuji T, Uzbekov D, Chaizhunusova N, Shabdarbaeva D, Niino D, Kurisu M, Takahashi Y, Fujimoto N, Hoshi M.
  • 学会等名: 16th International Congress of Radiation Research (ICRR2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Age-dependent effects on radiation-induced thyroid cancer and autophagy-related gene expression with rat model. (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsuyama M, Shichijo K, Matsuda K, Miura S, Kondo H, Nakashima M.
  • 学会等名: 16th International Congress of Radiation Research (ICRR2019)
  • 国際学会
• [学会発表] ラット甲状腺の急性期放射線感受性におけるオートファージの影響． (2019)
  • 著者名/発表者名: 松山睦美、七條和子、松田勝也、三浦史郎、近藤久義、中島正洋
  • 学会等名: 第60回原子爆弾後障害研究会
• [学会発表] ラット甲状腺の急性期放射線感受性におけるオートファージ阻害剤ヒドロキシクロロキンの影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松山睦美、七條和子、松田勝也、三浦史郎、近藤久義、中島正洋
  • 学会等名: 日本放射線影響学会第62回大会
• [学会発表] Protective effects of amino acid mixture cystine and theanine: Effects on acute radiation injury of colon. (2019)
  • 著者名/発表者名: Shichijo K, Matsuyama M, Tsuchiya T, Yoneda J, Kondo H, Matsuda K, Miura S, Sekine I, Nakashima M
  • 学会等名: The 3rd International Symposium of the network-type joint Usage/Research Center for Radiation Disaster Medical Science
  • 国際学会
• [学会発表] アミノ酸混合物シスチン・テアニンの放射線防護効果：前投与のよる急性小腸・骨髄障害と長期生存率への影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松山睦美、七條和子、土屋 誉、米田純也、近藤久義、松田勝也、三浦史郎、関根一郎、中島正洋
  • 学会等名: 第59回原子爆弾後障害研究会
• [学会発表] Protective effects of amino acids cystine and theanine against radiation injury colon (2018)
  • 著者名/発表者名: Shichijo K, Matsuyama M, Kondo H, Tuchiya T, Yoneda J, Matsuda K, Miura S, Sekine I, Nakashima M
  • 学会等名: 日本放射線影響学会第61回大会
• [学会発表] Comparative characteristics of morphometric indicators in the small intestine of rats exposed to 56Mn and MnO2 (2018)
  • 著者名/発表者名: D.E. Uzbekov, D.M. Shabdarbaeva, N.Zh. Chaizhunusova, K. Shichijo, N.B. Sayakenov, A. Bayirzhan, G.K. Amantaeva
  • 学会等名: Innovative approaches in modernisation of medical education, science and practice
  • 国際学会
• [学会発表] Radiation induced mitosis in the small intestine of Wister rats (2018)
  • 著者名/発表者名: D.E. Uzbekov, D.M. Shabdarbaeva, N.Zh. Chaizhunusova, K. Shichijo, A.A. Zhakipova, S.A. Apbasova, S.E. Uzbekova
  • 学会等名: Innovative approaches in modernisation of medical education, science and practice
  • 国際学会
• [図書] 医師が診た核の傷 (2018)
  • 著者名/発表者名: 広岩 近広
  • 総ページ数: 312
  • 出版者: 藤原書店
  • ISBN: 9784865781885
• [備考] 長崎大学原爆後障害医療研究所 腫瘍・診断病理学研究分野（原研病理）
  • URL: https://www-sdc.med.nagasaki-u.ac.jp/pathology/index.html
• [備考] Semey Medical Universityとの共同研究・内部被ばくの原子炉での実験
  • URL: https://www.facebook.com/semeymedicaluniversity/videos/2232420230322949/