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がん治療に効果的な低周波を重畳した高周波高電圧バーストパルス発生回路の開発と効果

研究課題

研究課題/領域番号 20K04436
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21010:電力工学関連
研究機関山形大学

研究代表者

南谷 靖史  山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (10323172)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワードパルス電界 / バーストパルス / がん細胞 / アポトーシス / ネクローシス / 細部膜 / 絶縁破壊 / 活性種 / 細胞膜 / がん治療 / 単極性 / 両極性
研究開始時の研究の概要

超短パルス高電界による非外科がん治療法におけるパルス高電界印加方法の確立及びがん細胞への効果の確認を行う。超短パルス高電界がん治療法とは,がん細胞にナノ秒オーダの高電界を印加して,細胞にアポトーシス作用を再生させ,手術することなしにがんを治療する方法である。この方法においては,電界の持つ周波数成分,強度が細胞に与える効果を調べる必要があり,患部への高電界印加方法が重要である。効率を上げる方法としてバーストパルス印加が適しており,本助成では細胞内の異なる部分に影響を与える2つの周波数を重畳してバーストパルスを出力する装置を開発し,がん細胞への印加実験を行い,周波数の組み合わせを明らかにする。

研究成果の概要

細胞への効果を高めるためのバーストパルス発生装置のスイッチの固体化,および高周波に重畳する低周波の効果の調査を行った。成果として,二次スイッチのギャップスイッチを固体スイッチに置き換えることが可能となり,高周波に任意の低周波を重畳する基盤ができた。高周波に重畳する低周波の効果については,バーストパルスの出力段数10段の安定化を図り,重畳する周波数を半分にした結果,印加した総パルス数は同じでも10段の波形では5段の波形と比較して明らかに細胞死をおこす割合が増えた。これは一度に印加するバーストパルス数が増えたことで重畳する周波数が低くなり連続してパルスを印加している時間が増えた効果と考えられる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

アポトーシス作用でがんが治癒するというのは元々体に備わっている機能でがんが治癒するということであり,副作用の少ないがん治療が期待できる。がんは日本人の死亡原因1位で,人口10万に250人の割合で,がんで死亡している。2位の心疾患の2倍の死亡率である。がんを外科治療より簡単に,放射線,化学治療のように副作用もなく安全,簡便に行えると,市民生活にこの上ない安心感を与えることが可能になる。しかも粒子線治療のような巨大で高価な装置でなく,コンパクトで安価な装置を作ることが可能となるので,高度先進医療施設だけでなく,中小の病院でも非外科治療導入が可能になり,市民が容易に安価で治療を受けられるようになる。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2023 2021 2020

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 4件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] 高周波バーストパルスの出力パルス列数の細胞に対する影響2023

    • 著者名/発表者名
      伊藤俊輝, 南谷靖史, 横井愛加, 中野晃
    • 雑誌名

      2023年6月8日-2023年6月10日放電・プラズマ・パルスパワー研究会

      巻: 2 ページ: 57-58

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] 高周波バーストパルス電界における出力パルス列数の細胞死への影響2023

    • 著者名/発表者名
      伊藤俊輝, 南谷靖史, 横井愛加, 中野晃
    • 雑誌名

      静電気学会講演論文集 2023

      巻: 1 ページ: 167-168

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] 抗酸化物質投与によるROS抑制状態下でのパルス電界印加による細胞状態2023

    • 著者名/発表者名
      強瀬隆慶, 市川正貴, 齋藤高輝,南谷靖史
    • 雑誌名

      静電気学会講演論文集 2023

      巻: 1 ページ: 187-190

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] Difference by Frequencies on Cell Killing Effect by Superposing Low Frequency on high frequency Bipolar Burst Pulse2020

    • 著者名/発表者名
      Hiromi Sato, Yasushi Minamitani, Gen Urabe, Taichi Kamezaki, Shuji Okamoto, Sunao Katsuki
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Plasma Science

      巻: 48 号: 12 ページ: 4365-4373

    • DOI

      10.1109/tps.2020.3033968

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 高周波バーストパルスの出力パルス列数の細胞に対する影響2023

    • 著者名/発表者名
      伊藤俊輝, 南谷靖史, 横井愛加, 中野晃
    • 学会等名
      電気学会 放電・プラズマ・パルスパワー研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 高周波バーストパルス電界における出力パルス列数の細胞死への影響2023

    • 著者名/発表者名
      伊藤俊輝, 南谷靖史, 横井愛加, 中野晃
    • 学会等名
      静電気学会全国大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 抗酸化物質投与によるROS抑制状態下でのパルス電界印加による細胞状態2023

    • 著者名/発表者名
      強瀬隆慶, 市川正貴, 齋藤高輝,南谷靖史
    • 学会等名
      静電気学会全国大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Elucidation of the mechanism of cell death by applying pulsed electric field - Investigation of the state of cell death by applying pulsed electric field under ROS (OH radical) suppression -2023

    • 著者名/発表者名
      Takayoshi Kowase, Koki Saito, Yasushi Minamitani
    • 学会等名
      Tiwan-Japan Workshop on Plasma Life Science and Technology (TJPL2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect on Cells for Output Pulse Train Number of High Frequency Burst Pulse2023

    • 著者名/発表者名
      Toshiki Ito, Yasushi Minamitani, Aika Yokoi, Akira Nakano
    • 学会等名
      Tiwan-Japan Workshop on Plasma Life Science and Technology (TJPL2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Pulsed Electric Field Yields Discharge Plasma and Active Species in Cells, Consequently Cell Death?2023

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Minamitani, Takayoshi Kowase, Masaki Ichikawa, Toshiya Mizuno, Hiromi Sato, Yuta Kobayashi, Jyunya Hiyama, Riku Kageyama, Kenji Tamura, Yoshie Kuramochi, Koki Saito
    • 学会等名
      Tiwan-Japan Workshop on Plasma Life Science and Technology (TJPL2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Dielectric Breakdown of Cell Membrane and ROS Generation by Pulsed Electric Field2023

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Minamitani, Takayoshi Kowase, Masaki Ichikawa, Toshiya Mizuno, Hiromi Sato, Yuta Kobayashi, Jyunya Hiyama, Riku Kageyama, Kenji Tamura, Yoshie Kuramochi, Koki Saito
    • 学会等名
      Twentieth International Conference on Flow Dynamics (ICFD2023)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高周波バーストパルスの出力パルス列数に対する細胞死割合の比較2023

    • 著者名/発表者名
      伊藤 俊輝,強瀬 隆慶,南谷 靖史,横井 愛加,中野 晃
    • 学会等名
      令和5年電気学会全国大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] パルス電界で起こる細胞の放電による細胞膜破壊と活性種発生2021

    • 著者名/発表者名
      市川 正貴,水野 寿哉,佐藤 鴻,齋藤 高輝,南谷 靖史
    • 学会等名
      電気学会 放電・プラズマ・パルスパワー研究会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2025-01-30  

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