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2014 年度 実績報告書

次世代がん治療・再生医療に向けた機能化磁性ナノ粒子の細胞内局在の解明と磁場制御

研究課題

研究課題/領域番号 14J00155
研究機関横浜国立大学

研究代表者

大多 哲史  横浜国立大学, 工学府, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2017-03-31
キーワード磁性ナノ粒子 / 磁気緩和 / ヒステリシス曲線 / がん温熱治療 / 磁性ナノ粒子イメージング
研究実績の概要

次世代がん治療法である温熱治療への応用を目的として磁性ナノ粒子の発熱特性の評価を行った。従来の温度上昇よる評価では、測定環境やサンプルの状態に発熱量が影響を受けるため粒子自体の発熱特性を評価することが困難であった。本研究の測定方法は交流ヒステリシス曲線の面積から発熱量を見積もるため粒子の発熱を直接評価することが可能である。
粒子の発熱に関与する磁気緩和機構の1つに粒子自体の回転によって生じるBrownian緩和がある。Brownian緩和損失により発熱が最も効率的に発生するピーク周波数が粒子濃度によって変化すること、発熱が粒子濃度に増加に伴い減少することが示された。このことより、従来の理論式では表されていなかった粒子間相互作用(双極子相互作用)がBrownian緩和に影響を与え、相互作用が大きくなることで粒子の発熱量が減少することが明らかになった。
粒子を水中に分散させたサンプル、エポキシ樹脂により固定したサンプルに加えて、がん細胞に粒子を添加して細胞を回収することにより作製した細胞サンプルを用意して、各環境における発熱特性を評価した。従来は細胞環境における発熱量は測定手段がなく困難であったが、本研究では温度上昇測定を行うことなく発熱量を測定できるため、測定が可能となった。固定状態では、粒子自体の回転が阻害されるため液中状態よりも発熱量が減少することが示された。細胞環境下では、粒子を分散状態で固定した場合よりも発熱が小さくなることが示された。したがって細胞環境下では粒子は固定状態にあり、また細胞内外において凝集するため、粒子間相互作用が大きくなることが解明された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

目的としていた細胞環境下における磁性ナノ粒子の発熱特性について定量的な評価が行えた他、理論式では考慮されていない粒子間相互作用の発熱への影響を解明することができた。また理論式を用いた数値計算や診断としての応用が可能な磁性ナノ粒子イメージングのための評価を開始することができたためである。

今後の研究の推進方策

磁性ナノ粒子の発熱特性の評価に加えて、体内の粒子を画像化することで治療に用いる粒子の可視化および診断への応用が可能な磁性ナノ粒子イメージングへの応用を目的として粒子径や表面修飾方法の異なる粒子の評価を行う。また交流ヒステリシス曲線の測定結果から液中や細胞環境における粒子の回転について従来理論を基本とした数値計算結果と比較を行いことで各環境における粒子および磁気モーメントの回転機構を評価する。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件)

  • [雑誌論文] 抗体を修飾した磁性ナノ粒子のがん治療への応用2015

    • 著者名/発表者名
      大多哲史、竹村泰司
    • 雑誌名

      医学のあゆみ

      巻: 252 ページ: 287-291

  • [雑誌論文] Dipole-dipole interaction and its concentration dependence of magnetic fluid evaluated by alternating current hysteresis measurement2015

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Ota, Tsutomu Yamada and Yasushi Takemura
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 117 ページ: 17D713

    • DOI

      10.1063/1.4914061

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 交流磁場下における液中・固体中の磁性ナノ粒子の磁化反転の検出2014

    • 著者名/発表者名
      大多哲史、山田努、竹村泰司
    • 学会等名
      電気学会マグネティックス研究会
    • 発表場所
      岡山
    • 年月日
      2014-12-03
  • [学会発表] Dipole-dipole interaction and its concentration dependence of magnetic fluid evaluated by ac hysteresis measurement2014

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Ota, Tsutomu Yamada and Yasushi Takemura
    • 学会等名
      The 59th Annual Magnetism and Magnetic Materials (MMM) Conference
    • 発表場所
      Honolulu, USA
    • 年月日
      2014-11-07
  • [学会発表] Magnetization reversal and specific loss power of intracellular magnetic nanoparticles evaluated by ac hysteresis measurement2014

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Ota, Tsutomu Yamada and Yasushi Takemura
    • 学会等名
      The 59th Annual Magnetism and Magnetic Materials (MMM) Conference
    • 発表場所
      Honolulu, USA
    • 年月日
      2014-11-07
  • [学会発表] 培養細胞内における磁性ナノ粒子の発熱量の評価2014

    • 著者名/発表者名
      大多哲史、山田努、竹村泰司
    • 学会等名
      第38回日本磁気学会学術講演会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2014-09-04
  • [学会発表] 磁性ナノ粒子の交流ヒステリシス測定と磁気損失2014

    • 著者名/発表者名
      大多哲史、山田努、竹村泰司
    • 学会等名
      第38回日本磁気学会学術講演会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2014-09-04
  • [学会発表] Measurement of magnetic rotation of magnetic nanoparticles in cultured cells under alternating field2014

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Ota, Asahi Tomitaka, Tsutomu Yamada and Yasushi Takemura
    • 学会等名
      10th International Conference on the Scientific and Clinical Applications of Magnetic Carriers
    • 発表場所
      Dresden, Germany
    • 年月日
      2014-06-14
  • [学会発表] Differences between Brownian and Neel relaxation properties evaluated by AC susceptibility measurements2014

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Ota, Asahi Tomitaka, Tsutomu Yamada and Yasushi Takemura
    • 学会等名
      10th International Conference on the Scientific and Clinical Applications of Magnetic Carriers
    • 発表場所
      Dresden, Germany
    • 年月日
      2014-06-12

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公開日: 2016-06-01  

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