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マイクロビーム照射によるヒトがん細胞・正常細胞間双方向シグナリングの研究

研究課題

研究課題/領域番号 23K21428
補助金の研究課題番号 21H02875 (2021-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2021-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分52040:放射線科学関連
研究機関国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構

研究代表者

小西 輝昭  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学研究所 放射線規制科学研究部, グループリーダー (70443067)

研究分担者 楠本 多聞  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学研究所 計測・線量評価部, 主任研究員 (90825499)
平山 亮一  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, QST病院 重粒子線治療研究部, 研究統括 (90435701)
劉 翠華  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, QST病院 重粒子線治療研究部, 主任研究員 (00512427)
大澤 大輔  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子医科学研究所 物理工学部, 主任技術員 (90324681)
小林 亜利紗  国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子医科学研究所 物理工学部, 主任研究員 (30773931)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2025年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2024年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2023年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2021年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円)
キーワードマイクロビーム / バイスタンダー効果 / ギャップジャンクション / 異種細胞間 / 陽子線 / 放射線誘発バイスタンダー効果 / 低酸素 / 細胞情報伝達 / 窒素酸化物ラジカル / バイスタンダー応答 / 放射線抵抗性 / ライブセルイメージング / 細胞間情報伝達 / 低酸素環境 / 間接作用 / α線 / 転移
研究開始時の研究の概要

放射線誘発バイスタンダー効果は、照射細胞から近傍の非照射細胞へのシグナル伝達によってさまざまな細胞応答を引き起こす。我々は、放射線に対する生存戦略の一つとして照射細胞およびバイスタンダー細胞の双方の防御応答機構の活性化にともなう細胞の生存能力の変化によって放射線抵抗性や転移能の獲得などが起こるのではないかと考えた。マイクロビームを用いてがん細胞にのみ照射を行い、異種細胞間(がんと正常細胞の共培養)環境や低酸素環境における細胞応答とその分子機構の解明を目的とする。異種細胞間双方向シグナリングのシングルセル応答解析を実施する。

研究実績の概要

本課題は、低酸素環境下における放射線誘発バイスタンダー応答解析(Radiation Induced Bystander Effect; RIBE)が主題である。そのため、低酸素下での細胞培養・照射・解析が可能な実験環境の整備が必然とあり、低酸素ワークステーションの稼働し、低酸素環境での細胞試料の作成、培養および処理条件の最適化を進めた。また、低酸素環境下(酸素濃度1%)での高分解能なマイクロビーム細胞照射を実現するために、最適化を継続して進めた。
上記と並行して、ヒト肺がんA549細胞、ヒト肺正常TIG1細胞の低酸素環境下での培養した試料にマイクロビーム照射を行い、RIBEを測定した。直径24㎜の細胞播種面積を有するマイクロビーム照射専用の細胞皿に1×10^5細胞が培養し、この試料に対して、マトリックス状の(27x27=)729カ所に直径2μm以下の3.4 MeVの陽子線マイクロビームを照射した。細胞当たり1, 2, 6Gyとなるように、各箇所への照射粒子数は、45, 90, 270個の3条件とした。これは、全体の0.04%程度の細胞のみが照射されたことになり、細胞皿中のほとんどの細胞は非照射かつバイスタンダー細胞である。このマトリックス照射法を活用し、大気下と低酸素下(酸素濃度1%)におけるRIBEを測定した。その結果、大気下に比べ、低酸素下では、がん細胞のRIBEは低下するが、正常細胞では増加することを明らかにした。また低酸素環境下のRIBEの拡散においても、細胞膜(ギャップ結合、GJ)間情報伝達と窒素酸化物ラジカル(NO)の双方が大きく関与していること、さらにこの作用が正常細胞とがん細胞とで異なることを明らかにした。

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

低酸素下での細胞試料の準備法が確立したことや、陽子線マイクロビーム細胞照射装置のが順調に稼働していること、また国内外との連携が少しずつではあるが再開しており、順調に進んでいる。

今後の研究の推進方策

マイクロビーム照射の方法に合わせて、低酸素下での細胞培養・照射・解析が可能な実験環境の最適化を進める。マイクロビーム照射における照射と細胞観察環境においても照射手順の最適化をすすめ、より円滑に照射が可能にするためのソフトウエア改良を行う。また、マイクロビームによる細胞照射実験を加速させる。一方で、ヒト肺がんA549細胞、ヒト肺正常TIG1細胞の低酸素環境下でのX線照射に対する生存率測定、放射線抵抗性の要因の一つとして考えられているHypoxia Inducible Factor 1 α(HIF1α)の発現量の変化に対するバイスタンダー効果の変化についても着目する必要がある。また、バイスタンダー効果を起因とする上皮間葉系転換については、さらにバイスタンダー細胞の遺伝子発現解析を進め、バイスタンダー応答が顕著に表れる照射粒子数、細胞数、照射後の時間などの諸条件について再検討する。また、線質に依存したバイスタンダー応答の可能性について検証するため、他の施設のX線マイクロビームシステムの活用についても検討する。
低酸素環境下での陽子線マイクロビーム細胞照射装置SPICEの装置性能を活かし、より生物効果が高い5.1MeVヘリウムイオンのマイクロビームの実用化を進める。

報告書

(3件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (3件) (うち国際共著 3件、 査読あり 3件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 1件)

  • [国際共同研究] チェンマイ大学(タイ)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] マレーシア原子力庁(マレーシア)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] チェンマイ大学(タイ)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] マレーシア原子力庁(マレーシア)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] チェンマイ大学(タイ)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] マレーシア原子力庁(マレーシア)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Primary and Secondary Bystander Effects of Proton Microbeam Irradiation on Human Lung Cancer Cells under Hypoxic Conditions2023

    • 著者名/発表者名
      Narongchai Autsavapromporn , Alisa kobayashi , Cuihua Liu , Aphidet Duangya , Masakazu Oikawa , Tengku Ahbrizal Tengku Ahmad , Teruaki Konishi
    • 雑誌名

      Biology

      巻: 12(12) 号: 12 ページ: 1485-1485

    • DOI

      10.3390/biology12121485

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] The COX-2/PGE2 Response Pathway Upregulates Radioresistance in A549 Human Lung Cancer Cells through Radiation-Induced Bystander Signaling2023

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Alisa、Hiroyama Yota、Mamiya Taisei、Oikawa Masakazu、Konishi Teruaki
    • 雑誌名

      Biology

      巻: 12 号: 11 ページ: 1368-1368

    • DOI

      10.3390/biology12111368

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Hypoxia and Proton microbeams: Role of Gap Junction Intercellular Communication in Inducing Bystander Responses on Human Lung Cancer Cells and Normal Cells2022

    • 著者名/発表者名
      Narongchai Autsavapromporn , Alisa Kobayashi , Cuihua Liu , Churdsak Jaikang , Tengku Ahbrizal Tengku Ahmad , Masakazu Oikawa , Teruaki Konishi
    • 雑誌名

      Radiation Research

      巻: 197(2) 号: 2 ページ: 122-130

    • DOI

      10.1667/rade-21-00112.1

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] COX-2 enhances radio-resistance in bystander A549 human lung cancer cells2023

    • 著者名/発表者名
      小林 亜利紗, 廣山 陽太, 間宮 大晴, 及川 将一, 下川 卓志, 小西 輝昭
    • 学会等名
      日本放射線影響学会 第66回大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] マイクロビーム照射法による放射線生物学・医科学の新展開2021

    • 著者名/発表者名
      小西 輝昭
    • 学会等名
      弘前大学生体応答科学研究セミナー、弘前大学
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Hypoxia and Gap Junction Communication-Induced Bystander Effect2021

    • 著者名/発表者名
      Narongchai Autsavapromporn, Alisa Kobayshi, Daisuke Ohsawa, Cuihua Liu, Churdsak Jaikang, Tengku Ahbrizal Tengku Ahamad, Masakazu Oikawa, Teruaki Konishi
    • 学会等名
      日本マイクロビーム生物研究会2021年度シンポジウム, 日本マイクロビーム生物研究会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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