大気圧低温プラズマによる細胞内DNA損傷の定量的解析による機構解明

• 研究課題/領域番号: 26390096
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: プラズマエレクトロニクス
• 研究機関: 豊橋技術科学大学
• 研究代表者: 栗田 弘史 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70512177)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2016年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2014年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: プラズマ医療応用 / 大気圧低温プラズマ / DNA損傷 / DNA切断 / プラズマ医療 / 酸化ストレス / 大気圧プラズマ

研究成果の概要

本研究では、プラズマ医療における細胞応答の分子機構の解明に重要であるDNA損傷をターゲットにした。5'末端を蛍光物質で、3'末端を消光物質で修飾した、ステムループ構造をとりうるMolecular beacon (MB)を利用したDNA切断の迅速検出方法を考案した。プラズマジェットをMB溶液に照射し、照射後の溶液の蛍光強度を測定したところ、MBのステム部位が切断され、それまで近接していた蛍光物質と消光物質が分離し、蛍光増大が生じた。また人工細胞モデル（ベシクル）にMBを内封させてプラズマ照射しても蛍光増大を示したが、ベシクル崩壊は起きなかった。DNA切断因子の膜透過性が示された。

研究成果

• [国際共同研究] 南オーストラリア大学(オーストラリア)
• [雑誌論文] Production of reactive oxygen and nitrogen species in a cell culture medium exposed to an atmospheric pressure plasma jet (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Kurita, J. Miyamoto, S. Miyachika, Y. Uchihashi, H. Yasuda, K. Takashima, and A. Mizuno
  • 雑誌名: MRS Advances 巻: - 号: 18 ページ: 987-993
  • DOI: 10.1557/adv.2017.34
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Direct single-molecule observations of DNA unwinding by SV40 large tumor antigen under a negative DNA superhelical state. (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahashi S, Motooka S, Kawasaki S, Kurita H, Mizuno T, Matsuura SI, Hanaoka F, Mizuno A, Oshige M, Katsura S
  • 雑誌名: J Biomol Struct Dyn 巻: 5 号: 1 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1080/07391102.2016.1269689
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fundamental study on a gene transfection methodology for mammalian cells using water-in-oil droplet deformation in a DC electric field (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Kurita, Y. Takao, K. Kishikawa, K. Takashima, R. Numano, and A. Mizuno
  • 雑誌名: Biochemistry and Biophysics Reports 巻: 8 ページ: 81-88
  • DOI: 10.1016/j.bbrep.2016.08.001
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] How to assess the plasma delivery of RONS into tissue fluid and tissue (2016)
  • 著者名/発表者名: J.-S. Oh, E. J. Szili, N. Gaur, S.-H. Hong, H. Furuta, H. Kurita, A. Mizuno, A. Hatta, and R. D. Short
  • 雑誌名: Journal of Physics D: Applied Physics 巻: 49 号: 30 ページ: 304005-304005
  • DOI: 10.1088/0022-3727/49/30/304005
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Use of molecular beacons for the rapid analysis of DNA damage induced by exposure to an atmospheric pressure plasma jet (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Kurita, S. Miyachika, H. Yasuda, K. Takashima, and A. Mizuno
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 107 号: 26 ページ: 263702-263702
  • DOI: 10.1063/1.4939044
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Novel Parallelized Electroporation by Electrostatic Manipulation of a Water-in-oil Droplet as a Microreactor (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Kurita, S. Takahashi, A. Asada, M. Matsuo, K. Kishikawa, A. Mizuno, and R. Numano
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 10 号: 12 ページ: e0144254-e0144254
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0144254
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Radical reaction in aqueous media injected by atmospheric pressure plasma jet and protective effect of antioxidant reagents evaluated by single-molecule DNA measurement (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Kurita, M. Shimizu, K. Sano, T. Nakajima, H. Yasuda, K. Takashima, and A. Mizuno
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 53 号: 5S1 ページ: 05FR01-05FR01
  • DOI: 10.7567/jjap.53.05fr01
  • NAID: 210000143887
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of reactive oxygen species in non-thermal plasma-treated water (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Sano, H. Kurita, T. Nakajima, M. Shimizu, M. Kuzumoto, H. Yasuda, K. Takashima, and A. Mizuno
  • 雑誌名: International Journal of Plasma Environmental Science and Technology 巻: 8 ページ: 149-153
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 大気圧低温プラズマ照射によって生じるDNA損傷の解析と活性種の同定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮近 沙希, 栗田 弘史, 上原 一馬, 安田 八郎, 高島 和則, 水野 彰
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] Rapid Analysis of DNA Damage Induced by Exposure to an Atmospheric Pressure Plasma Jet (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Kurita, Saki Miyachika, Hachiro Yasuda, Kazunori Takashima, and Akira Mizuno
  • 学会等名: ISPlasma 2017 / IC-PLANTS 2017
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2017-03-01
  • 国際学会
• [学会発表] Mechanism of plasma-induced pore formation in artificial cell membranes (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryugo Tero, Kota Yusa, Yoshiyuki Suda, Yuu Hirose, Hirofumi Kurita, Akira Mizuno, Toru Harigai, and Hirofumi Takikawa
  • 学会等名: ISPlasma 2017 / IC-PLANTS 2017
  • 発表場所: 中部大学
  • 年月日: 2017-03-01
  • 国際学会
• [学会発表] Pore formation in artificial cell membranes induced by atmospheric pressure plasma (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryugo Tero, Kota Yusa, Kyohei Fukuda, Yoshiyuki Suda, Hachiro Yasuda, Hirofumi Kurita, Kazunori Takashima, Akira Mizuno, Yuu Hirose, Toru Harigai, Hirofumi Takikawa
  • 学会等名: International Conference on Plasma Medical Science Innovation (ICPMSI) 2017
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2017-02-26
  • 国際学会
• [学会発表] Endre Szili, Sung-Ha Hong, Nishtha Gaur, Jun-Seok Oh, Masafumi Ito, Akimitsu Hatta, Hiroshi Furuta, Hirofumi Kurita, Akira Mizuno, Rob Short (2017)
  • 著者名/発表者名: Endre Szili, Sung-Ha Hong, Nishtha Gaur, Jun-Seok Oh, Masafumi Ito, Akimitsu Hatta, Hiroshi Furuta, Hirofumi Kurita, Akira Mizuno, Rob Short
  • 学会等名: International Conference on Plasma Medical Science Innovation (ICPMSI) 2017
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2017-02-26
  • 国際学会
• [学会発表] Plasma-induced chemical and physical performation and its applications of gene injection (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoko Yamanishi, Ryugo Tero, Satoshi Uchida, Kota Yusa, Kyohei Fukuda, Yoshiyuki Suda, Hachiro Yasuda, Hirofumi Kurita, Kazunori Takashima, Akira Mizuno, Yuu Hirose, Toru Harigai, Hirofumi Takikawa
  • 学会等名: International Conference on Plasma Medical Science Innovation (ICPMSI) 2017
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2017-02-26
  • 国際学会
• [学会発表] Production of reactive species and biomolecular damage induced by exposure to an atmospheric pressure plasma (2017)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Kurita, Saki Miyachika, Junichiro Miyamoto, Hachiro Yasuda, Kazunori Takashima, and Akira Mizuno
  • 学会等名: International Conference on Plasma Medical Science Innovation (ICPMSI) 2017
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2017-02-26
  • 国際学会
• [学会発表] Irradiation of Dielectric Barrier Discharge Plasma to Lipid Bilayers Containing Cholesterol (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Suda, Kota Yusa, Hirofumi Kurita, Akira Mizuno, Toru Harigai, Hirofumi Takikawa, Ryugo Tero
  • 学会等名: 第34回プラズマプロセシング研究会(SPP34)/第29回プラズマ材料科学シンポジウム(SPSM29)
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2017-01-16
• [学会発表] DNA損傷に関わるプラズマ処理水中のラジカルの解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中 慧, 安田 八郎, 虎走 里南, 宮近 沙希, 栗田 弘史, 高島 和則, 水野 彰
  • 学会等名: 2017年度第18回静電気学会春期講演会
  • 発表場所: 東京大学
• [学会発表] 大気圧プラズマ照射による液中活性種生成と生体分子損傷 (2017)
  • 著者名/発表者名: 栗田 弘史
  • 学会等名: 第4回北陸プラズマ医療応用研究会
  • 発表場所: 金沢大学
• [学会発表] Production of reactive oxygen and nitrogen species in a cell culture medium exposed to an atmospheric pressure plasma jet (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Kurita, Junichiro Miyamoto, Yoshito Uchihashi, Saki Miyachika, Hachiro Yasuda, Kazunori Takashima, and Akira Mizuno
  • 学会等名: 2016 MRS Fall Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2016-11-27
  • 国際学会
• [学会発表] Gene transfection using water-in-oil droplet bouncing in an electrostatic field (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Kurita, Hachiro Yasuda, Kazunori Takashima, Rika Numano, and Akira Mizuno
  • 学会等名: 2016 MRS Fall Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2016-11-27
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of plasma-generated reactive species on physical properties of artificial cell membranes (2016)
  • 著者名/発表者名: Kota Yusa, Yoshiyuki Suda, Hirofumi Kurita, Akira Mizuno, Toru Harigai, Hirofumi Takikawa, and Ryugo Tero
  • 学会等名: 2016 MRS Fall Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2016-11-27
  • 国際学会
• [学会発表] 水中気泡放電プラズマによる殺菌技術の開発と殺菌メカニズムの解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 武田 雄大, 吉松 秀作, 栗田 弘史, 安田 八郎, 高島 和則, 水野 彰
  • 学会等名: 第40回静電気学会全国大会
  • 発表場所: 群馬大学
  • 年月日: 2016-09-29
• [学会発表] プラズマ照射培養液に含まれる長寿命活性種に対するヒト肺がん由来細胞株の細胞応答 (2016)
  • 著者名/発表者名: 内橋 義人, 宮本 潤一郎, 栗田 弘史, 水野 和恵, 小野 亮, 安田 八郎, 高島 和則, 水野 彰
  • 学会等名: 第40回静電気学会全国大会
  • 発表場所: 群馬大学
  • 年月日: 2016-09-29
• [学会発表] プラズマ照射水中の長寿命活性種が人工細胞に与える影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 福田 恭平, 安田 八郎, 手老 龍吾, 虎走 里南, 栗田 弘史, 高島 和則, 水野 彰
  • 学会等名: 第40回静電気学会全国大会
  • 発表場所: 群馬大学
  • 年月日: 2016-09-29
• [学会発表] 細胞培養液に照射する大気圧低温プラズマが長寿命活性種生成に与える影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮本 潤一郎, 内橋 義人, 栗田 弘史, 安田 八郎, 高島 和則, 水野 彰
  • 学会等名: 第40回静電気学会全国大会
  • 発表場所: 群馬大学
  • 年月日: 2016-09-29
• [学会発表] 大気圧低温プラズマにおいて正負イオンが液中の活性種生成に及ぼす影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 上原 一馬, 高島 和則, 栗田 弘史, 安田 八郎, 水野 彰
  • 学会等名: 第40回静電気学会全国大会
  • 発表場所: 群馬大学
  • 年月日: 2016-09-29
• [学会発表] プラズマ照射水によるタンパク質不活化反応の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 虎走 里南, 安田 八郎, 田中 慧, 浴 俊彦, 栗田 弘史, 高島 和則, 水野 彰
  • 学会等名: 第40回静電気学会全国大会
  • 発表場所: 群馬大学
  • 年月日: 2016-09-29
• [学会発表] 大気圧低温プラズマ照射により細胞培養液中に生成した長寿命活性種の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮本 潤一郎, 内橋 義人, 栗田 弘史, 安田 八郎, 高島 和則, 水野 彰,
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] コレステロール含有脂質二重膜への大気圧プラズマ照射 (2016)
  • 著者名/発表者名: 湯佐 洸太, 須田 善行, 栗田 弘史, 水野 彰, 針谷 達, 滝川 浩史, 手老 龍吾
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] Evaluation methods of DNA strand breaks induced by exposure to an atmospheric pressure plasma (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Kurita, Saki Miyachika, Hachiro Yasuda, Kazunori Takashima, and Akira Mizuno
  • 学会等名: The 6th International Conference on Plasma Medicine (ICPM-6)
  • 発表場所: Bratislava, Slovakia
  • 年月日: 2016-09-04
  • 国際学会
• [学会発表] Characterization of chemical species in plasma treated water essential for inactivation of cells and proteins (2016)
  • 著者名/発表者名: Hachiro Yasuda, Satoshi Tanaka, Rina Kobashiri, Saki Miyachika, Hirofumi Kurita, Kazunori Takashima, and Akira Mizuno
  • 学会等名: The 6th International Conference on Plasma Medicine (ICPM-6)
  • 発表場所: Bratislava, Slovakia
  • 年月日: 2016-09-04
  • 国際学会
• [学会発表] Degeneration of artificial cell membranes induced by plasma-generated reactive oxygen species (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryugo Tero, Kota Yusa, Hirofumi Kurita, Akira Mizuno, Hirofumi Takikawa, and Yoshiyuki Suda
  • 学会等名: The 6th International Conference on Plasma Medicine (ICPM-6)
  • 発表場所: Bratislava, Slovakia
  • 年月日: 2016-09-04
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of DNA strand breaks induced by exposure to an atmospheric pressure plasma jet (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Kurita, Saki Miyachika, Hachiro Yasuda, Kazunori Takashima, and Akira Mizuno
  • 学会等名: 2016 IEEE International Conference on Plasma Science (ICOPS)
  • 発表場所: Banff, Canada
  • 年月日: 2016-06-20
  • 国際学会
• [学会発表] 大気圧プラズマ照射によって生じるDNA損傷のmolecular beacon による迅速計測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 栗田 弘史, 宮近 沙希, 安田 八郎, 高島 和則, 水野 彰
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] A Rapid Detection Method for DNA Strand Breaks Induced by Exposure to an Atmospheric Pressure Plasma Jet (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Kurita, Saki Miyachika, Hachiro Yasuda, Kazunori Takashima, and Akira Mizuno
  • 学会等名: International Workshop on Plasma Medical Science Innovation
  • 発表場所: Nagoya University
  • 年月日: 2016-03-05
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of DNA damage induced by exposure to an atmospheric pressure plasma jet (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Kurita
  • 学会等名: Asian International Workshop on Plasma Science
  • 発表場所: Nagoya University
  • 年月日: 2016-02-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] プラズマ照射による生体分子損傷 (2016)
  • 著者名/発表者名: 栗田 弘史
  • 学会等名: 第15回プラズマ医療 サイエンスの扉・サイエンスカフェ
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 招待講演
• [学会発表] A novel detection method for oxidative DNA damage induced by atmospheric pressure plasma jet exposur (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Kurita, Saki Miyachika, Hachiro Yasuda, Kazunori Takashima, and Akira Mizuno
  • 学会等名: 4th Japan-Korea Joint Symposium on Plasma and Electrostatic Technologies for Environmental Application 2015
  • 発表場所: 京都国際会館
  • 年月日: 2015-12-10
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of Non-thermal Plasma-induced Cell Injury in Human Lung Cancer Cell Lines (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Kurita, Kaori Sano, Motoi Wada, Kazue Mizuno, Ryo Ono, Hachiro Yasuda, Kazunori Takashima, and Akira Mizuno
  • 学会等名: 68th GEC / ICRP-9 / SPP-33
  • 発表場所: Hawaii Convention Center
  • 年月日: 2015-10-12
  • 国際学会
• [学会発表] A Novel Electroporation by Electrostatic Manipulation of Water-in-oil Droplet (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Kurita, Yasuhiro Takao, Shota Takahashi, Atsushi Asada, Kazunori Takashima, Rika Numano, and Akira Mizuno
  • 学会等名: 1st World Congress on Electroporation and Pulsed Electric Fields in Biology, Medicine and Food & Environmental Technologies
  • 発表場所: Portoroz, Slovenia
  • 年月日: 2015-09-06
  • 国際学会
• [学会発表] 大気圧プラズマ照射による生体分子損傷・細胞応答/静電界と油中液滴による遺伝子導入技術 (2015)
  • 著者名/発表者名: 栗田 弘史, 安田 八郎, 高島 和則, 沼野 利佳, 水野 彰
  • 学会等名: 新学術領域研究「プラズマ医療科学の創成」＋「統合的神経機能の制御を標的とした糖鎖の作動原理解明」合同公開シンポジウム 「新学術の最前線～プラズマと生物と医療の協奏曲～」
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2015-08-05
  • 招待講演
• [学会発表] ROS Detection and Cellular Responses Induced by Atmospheric Pressure Plasma Exposure (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Kurita, Mika Shimizu, Motoi Wada, Kaori Sano, Ryo Ono, Hachiro Yasuda, Kazunori Takashima, and Akira Mizuno
  • 学会等名: ISPlasma2015 / IC-PLANTS2015
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-31
• [学会発表] Analysis of cell death in human lung cancer cell lines induced by atmospheric pressure plasma exposure (2015)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Kurita, Mika Shimizu, Kaori Sano, Tomoko Nakajima, Kazue Mizuno, Ryo Ono, Hachiro Yasuda, Kazunori Takashima, and Akira Mizuno
  • 学会等名: The 2nd International Workshop on Plasma for Cancer Treatment
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2015-03-16 – 2015-03-17
• [学会発表] Evaluation of reactive oxygen species in non-thermal plasma-treated water (2014)
  • 著者名/発表者名: Kaori Sano, Hirofumi Kurita, Tomoko Nakajima, Mika Shimizu, Hachiro Yasuda, Kazunori Takashima, and Akira Mizuno
  • 学会等名: The 9th International Symposium on Non-thermal/Thermal Plasma Pollution Control Technology & Sustainable Energy (ISNTP-9)
  • 発表場所: Dalian University of Technology, China
  • 年月日: 2014-06-16 – 2014-06-20
• [学会発表] Estimation of Radical Intensity and Apoposis Induction Activity of Aqueous Media using Single-Molecule DNA Measurement (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Kurita, Kaori Sano, Mika Shimizu, Tomoko Nakajima, Hachiro Yasuda, Kazunori Takashima, and Akira Mizuno
  • 学会等名: The 5th International Conference on Plasma Medicine
  • 発表場所: 奈良県新公会堂
  • 年月日: 2014-05-18 – 2014-05-23
• [学会発表] Measurement of reactive oxygen species in non-thermal plasma-treated water (2014)
  • 著者名/発表者名: Kaori Sano, Hirofumi Kurita, Tomoko Nakajima, Hachiro Yasuda, Kazunori Takashima, and Akira Mizuno
  • 学会等名: The 5th International Conference on Plasma Medicine
  • 発表場所: 奈良県新公会堂
  • 年月日: 2014-05-18 – 2014-05-23
• [備考] 静電気応用研究室HP
  • URL: http://ens.tut.ac.jp/electrostatics/
• [備考] 豊橋技術科学大学 環境・生命工学系 静電気応用研究室 ホームページ
  • URL: http://ens.tut.ac.jp/electrostatics/