| 研究課題/領域番号 |
22K03589
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分14030:プラズマ応用科学関連
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| 研究機関 | 東洋大学 |
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研究代表者 |
本橋 健次 東洋大学, 理工学部, 教授 (50251583)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円)
2022年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
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| キーワード | 大気圧プラズマ / マイクロバブル / 活性酸素 / がん細胞 / 選択的不活化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、がん細胞に多くの活性酸素種を吸収させることにより、正常細胞に比べてがん細胞の不活化効率を20倍程度まで高めることを目的とし、酸素・ヘリウム混合プラズマにより生成した活性酸素（酸素ラジカル）をマイクロバブル内に閉じ込めた「活性酸素マイクロバブル」を各種の点滴液内に発生させ、これをがん細胞と正常細胞に添加した際のがん細胞不活化選択比を測定する。ただし、全細胞の37％を不活化するのに要するプラズマ照射時間を平均不活化時間とすると、正常細胞の平均不活化時間をがん細胞の平均不活化時間で割った値をがん細胞不活化選択比と定義する。
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| 研究実績の概要 |
本研究では，大気圧プラズマを点滴液に照射することにより活性酸素種を発生させ，その活性酸素種を閉じ込めた「活性酸素マイクロバブル点滴液」をがん細胞と正常細胞に添加した際の不活化効率を調べることを目的としている。がん細胞は正常細胞より活発に糖代謝するため酸素消費量も多く，活性酸素に対する不活化効果も高いことが期待される。
本年度は実験装置の開発と皮膚がん細胞及び皮膚正常細胞を対象とする実験を行った。最初に，市販のマイクロバブル発生装置の気体吸入部に，低周波高電圧の誘電体バリア放電発生装置を取り付けた装置を開発し，これを用いて活性酸素マイクロバブル点滴液を作成し，それを皮膚がん細胞と皮膚正常細胞に添加した際の細胞生存率をプラズマ照射時間を変えて測定した。しかしながら，マイクロバブルの生成に必要な点滴液の流量に対してプラズマ生成のための酸素流量が少な過ぎたため，マイクロバブルの効果が得られなかった。そこで，酸素マイクロバブルを生成してからプラズマ照射を行うことによって活性酸素を生成する方法に変えて実験したところ，皮膚正常細胞に比べ，約半分のプラズマ照射時間で皮膚がん細胞が不活化されることを確認した。すなわち，正常細胞の2倍の効率でがん細胞を不活化することに成功した。この研究成果は2023年3月の応用物理学会にて「酸素マイクロバブルを導入した大気圧プラズマ活性化乳酸リンゲル液による皮膚がん細胞の不活化」という題目で口頭発表した。
一方，当初はあらかじめ大気圧プラズマ照射により発生させた活性酸素種をマイクロバブルに閉じ込める計画であったため，酸素マイクロバブルを生成した後に大気圧プラズマ照射で活性酸素化させるこの方法では，十分な効果は得られないと考えられる。この点を解決する必要がある。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
前述のように，2022年度前半までに，酸素マイクロバブル点滴液にプラズマを照射することにより，がん細胞を正常細胞の2倍効率よく不活化することに成功した。しかしながら，酸素マイクロバブルを作成してからプラズマ照射するこの方法では，十分な量の活性酸素種がマイクロバブルに閉じ込められないと考えられる。そこで，2022年度後半には，二通りの解決策を考え，装置の改良に取り組んだ。
第一の解決策は，マイクロバブルをより少ない液体流量で実現できるよう，最小機能に絞った小型のバブル発生ユニットに変える方法である。この方法では，これまでの液体流量の1/3程度の流量でマイクロバブルを高密度に発生できると考えられる。第二の解決策は，マイクロバブルに閉じ込めた点滴液に対し，高周波の電子サイクロトロン共鳴を使い，バブル内で酸素分子を励起し活性酸素を発生させる方法である。この方法がうまくいけば，マイクロバブル自体を壊さずに，閉じ込められた酸素だけを電離・励起できるため，溶液中に生成した大量の酸素マイクロバブルを一斉に活性酸素マイクロバブルに変えることができると期待される。
現段階では，これら二通りの解決策に必要な基本物品が揃ったばかりであるが，次年度の完成に向けて現在準備を行っている。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究では，正常細胞に比べてがん細胞を20倍程度効率よく不活化することを最終目標としている。2022年度は約2倍効率よくがん細胞を不活化することに成功したので，目標を達成するためには更に効率を10倍高める必要がある。そのためには，マイクロバブルの大きさや活性酸素含有量を定量化する必要がある。また，点滴液の一種である乳酸リンゲル液に酸素プラズマを照射した際に発生する活性酸素種を分析・同定する必要がある。そのためには，発光分光や各種試薬を用いた分析が必要である。
更に，活性酸素マイクロバブルの発生装置として，三番目の方法も試す予定である。これまでは，マイクロバブル発生装置の気体吸入口にガラス管を挿入し，上部電極と下部電極，または，中心電極と周囲電極の間で放電させる方法を採用していたが，ガラス管の内径が4mmと短いため，生成される活性酸素種の量が少なかった。これに対し，計画中の方法では，直径数十μmの細孔を多数有する多孔質セラミック板を正負の電極で挟んだ誘電体バリア放電装置を作製し，これを点滴液中に浸した状態で酸素ガスを送り込む。活性酸素種を多孔質セラミック板の細孔を通過させることによりマイクロバブル化するので，より大量の活性酸素マイクロバブルを発生させることができると期待される。
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