プラズマ活性溶液による生存・増殖シグナリングの制御と細胞の生死・増殖の制御

2015 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K13390
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 田中 宏昌 名古屋大学, 未来社会創造機構, 講師 (00508129)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: プラズマ医療 / 癌治療

研究実績の概要

本研究では、申請者が培った分子生物学・システム生物学的手法を用いて、生存・増殖シグナリングをプラズマ活性溶液により操作することにより細胞の生死・増殖の制御を試みる。それにより、プラズマ活性溶液の有効性と応用範囲を見極める。現代のがん治療法では困難な腹膜播種、脳髄液播種などの治療に資するプラズマ活性溶液から、市場価値の高い皮膚の再生、水産物の成長促進などに資するプラズマ活性溶液にいたるまで、幅広いプラズマ活性溶液の臨床応用・産業化の早期実現を目指す。
本年度はプラズマ活性溶液を投与した細胞内に発生する活性酸素種（ROS)を蛍光プローブを用いて検出し、画像解析によりROSがどの程度誘導されるかを定量的に調べる方法を構築した。更にリン酸化されたERKを免疫組織学的方法により検出し、画像解析によりプラズマ活性溶液の細胞内のリン酸化ERKへの影響を調べる方法を構築した。またプラズマ活性溶液の様々な細胞への効果をMTSアッセイやウェスタンブロッティング法などで調べた。
名古屋大学医学系研究科内の産婦人科、生体反応病理学等7以上の診療科及び基礎講座、岐阜薬科大学、九州大学等5以上の学外の研究機関とプラズマ活性容器に関する共同研究を進め、これまでの成果を2報以上review論文としてまとめ公表した。3件の国際会議での招待講演、5件の国内会議での招待講演を行った。またAEPSE2015と呼ばれる国際会議でYoung Scientist Awardを受賞した。

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

当初予定していたように、プラズマ活性溶液を投与した細胞の生存増殖シグナリングがどのような影響を受けるのかを免疫組織学的方法及び画像解析法により調べる系を確立できた。若手Aで進められている様々な細胞における様々なプラズマ活性溶液の研究開発と連携して、プラズマ活性溶液が細胞に及ぼす細胞内分子機構をシステム生物学的な手法で解明してゆくための準備が整ったと言える。引き続きプラズマ活性溶液の細胞の生死、増殖を制御する方法を追及してゆく予定である。
また、当研究室で進められているプラズマ水産学のプロジェクトと連携して、成長促進を細胞レベルから個体レベルで検証するために、医学系研究科と共同で、プラズマ活性溶液の小型魚類等への影響を調べる系を立ち上げた。
また、プラズマ活性溶液を利用した共同研究がますます活発になり、名古屋大学内において様々な研究室とプラズマ活性溶液を用いた研究を展開するのみならず、国内の様々な研究機関にプラズマ活性溶液を送付して共同研究を進めている。そのような過程で、プラズマ活性溶液の物理化学的特性やプラズマ活性溶液が細胞に及ぼす影響も次々と明らかになってきた。レビュー論文の作成を依頼されたり、国際会議での招待講演を依頼される機会が増えた。海外においてもプラズマ活性溶液の研究を追従する動きが見られ、我々の論文が多く引用されている。このような世界への波及効果が見られることは、当初の計画以上に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

さまざまなプラズマ活性溶液の作成法・投与法を用いて生存・増殖シグナリングのダイナミクスの調整を試みる。更に、生存・増殖シグナリングネットワーク内にある阻害剤（EGFR阻害剤、RAS/MAPK阻害剤など）やノックアウトセルラインを用いて生存・増殖シグナリングのダイナミクスを調整する。
最近のシステム生物学の進歩により、活性型ERKはEGFなどの増殖因子の刺激に対して、周期的に時間変動し、活性型ERKの振幅変調（AM）方式ではなく、周波数変調（FM）方式を利用して増殖の速度を制御していることが分かってきた（Albeck et al., 2013, Aoki et al., 2013）。本研究では、プラズマ活性溶液が生存・増殖シグナリングに作用する性質を利用して、プラズマ活性溶液の投与タイミング等を制御することにより、活性型ERKの周波数を制御し、細胞増殖を導く方法を探索する。
以上のような細胞の生存・増殖シグナリングの制御に基づく増殖制御法が確立されるのと並行して、皮膚細胞の再生へと展開する。更には、ゼブラフィッシュ等の小型魚類やその他魚類などの個体に適用し、個体の増殖にも寄与するプラズマ活性溶液の研究開発を行う。このことによりプラズマ活性溶液の医療応用のみならず、農業・水産業など様々な分野への波及効果が期待される。また本研究では、そのようなプラズマ活性溶液の医療、農業、水産業への応用の基盤となるプラズマ生命科学の確立への寄与を目指す。

研究成果

• [雑誌論文] Effectiveness of plasma treatment on pancreatic cancer cells (2015)
  • 著者名/発表者名: N. Hattori, S. Yamada, K. Torii, S. Takeda, K. Nakamura, H. Tanaka, H. Kajiyama, M. Kanda, T. Fujii, G. Nakayama, H. Sugimoto, M. Koike, S. Nomoto, M. Fujiwara, M. Mizuno, M. Hori, Y. Kodera
  • 雑誌名: International journal of oncology 巻: 47 ページ: 1655-1662
  • DOI: 10.3892/ijo.2015.3149
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Plasma with high electron density and plasma-activated medium for cancer treatment (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, M. Mizuno, K. Ishikawa, H. Kondo, K. Takeda, H. Hashizume, K. Nakamura, F. Utsumi, H. Kajiyama, H. Kano, Y. Okazaki, S. Toyokuni, S. Akiyama, S. Maruyama, S. Yamada, Y. Kodera, H. Kaneko, H. Terasaki, H. Hara, T. Adachi, M. Iida, I. Yajima, M. Kato, F. Kikkawa, M. Hori
  • 雑誌名: Clinical Plasma Medicine 巻: 3 ページ: 72-76
  • DOI: 10.1016/j.cpme.2015.09.001
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cancer therapy using non-thermal atmospheric pressure plasma with ultra-highelectron density (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, M. Mizuno, S. Toyokuni, S. Maruyama, Y. Kodera, H. Terasaki, T. Adachi, M. Kato, F. Kikkawa, M. Hori
  • 雑誌名: Phys Plasmas 巻: 22 ページ: 122004
  • DOI: 10.1063/1.4933402
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 非熱大気圧プラズマのがん治療への応用とその細胞内分子機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中 宏昌、水野 正明、豊國 伸哉、丸山 彰一、小寺 泰弘、寺崎 浩子、足立 哲夫、加藤 昌志、吉川 史隆 、堀 勝
  • 学会等名: 第19回 若手科学者によるプラズマ研究会
  • 発表場所: 那珂
  • 年月日: 2016-03-14 – 2016-03-16
  • 招待講演
• [学会発表] がん細胞へのプラズマ影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中 宏昌、堀 勝
  • 学会等名: 153委員会 プラズマスクール---プラズマ医療の基礎と応用
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2016-02-08 – 2016-02-08
  • 招待講演
• [学会発表] 大気圧プラズマを利用したがん治療 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中 宏昌、水野 正明、吉川 史隆、堀 勝
  • 学会等名: 第18回癌治療増感研究会シンポジウム
  • 発表場所: 奈良
  • 年月日: 2016-02-05 – 2016-02-06
  • 招待講演
• [学会発表] Progress of Plasma Medical Science Innovation (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, M. Mizuno, F. Kikkawa, and M. Hori
  • 学会等名: Sungkyunkwan University (SKKU)& Nagoya University (NU) Joint Symposium 2015
  • 発表場所: Nagoya
  • 年月日: 2015-11-25 – 2015-11-26
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Responses of cells in plasma-activated medium (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiromasa Tanaka, Masaaki Mizuno, Kenji Ishikawa, Keigo Takeda, Hiroshi Hashizume, Kae Nakamura, Hiroaki Kajiyama, Hiroyuki Kano, Yasumasa Okazaki, Shinya Toyokuni, Shoichi Maruyama, Yasuhiro Kodera, Hiroko Terasaki, Tetsuo Adachi, Masashi Kato, Fumitaka Kikkawa, and Masaru Hori
  • 学会等名: 68th Annual Gaseous Electronics Conference/9th International Conference on Reactive Plasmas/33rd Symposium on Plasma Processing
  • 発表場所: Hawaii
  • 年月日: 2015-10-12 – 2015-10-16
  • 国際学会
• [学会発表] Cellular And Molecular Responses Of Plasma-activated Medium Treated Cells (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiromasa Tanaka, Masaaki Mizuno, Kenji Ishikawa, Keigo Takeda, Hiroshi Hashizume, Kae Nakamura, Hiroaki Kajiyama, Hiroyuki Kano, Yasumasa Okazaki, Shinya Toyokuni, Fumitaka Kikkawa, and Masaru Hori
  • 学会等名: The 10th Asian-European International Conference On Plasma Surface Engineering
  • 発表場所: Jeju
  • 年月日: 2015-09-24 – 2015-09-26
  • 国際学会
• [学会発表] Interactions between plasma- activated medium and cancer cells (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, M. Mizuno, F. Kikkawa, M. Hori
  • 学会等名: Bioplasmas and Plasmas with Liquids
  • 発表場所: Bertinoro
  • 年月日: 2015-09-13 – 2015-09-16
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 大気圧プラズマによるがん治療 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中 宏昌、水野 正明、豊國 伸哉、丸山 彰一、小寺 泰弘、足立 哲夫、寺崎 浩子、加藤 昌志、吉川 史隆、堀 勝
  • 学会等名: 第68回日本酸化ストレス学会学術集会
  • 発表場所: 鹿児島
  • 年月日: 2015-06-11 – 2015-06-12
  • 招待講演
• [備考] 堀・関根研究室 へようこそ！
  • URL: http://horilab.nuee.nagoya-u.ac.jp/
• [産業財産権] 分化細胞の生産方法およびｉＰＳ細胞の未分化細胞の除去方法 (2015)
  • 発明者名: 本多 裕之、清水 一憲、堀 勝、田中 宏昌、他3名
  • 権利者名: 本多 裕之、清水 一憲、堀 勝、田中 宏昌、他3名
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2015-155312
  • 出願年月日: 2015-08-05
• [産業財産権] 魚類の生産方法および稚魚の成長促進方法および魚類の成長促進剤 (2015)
  • 発明者名: 堀 勝、秋山 真一、田中 宏昌、他4名
  • 権利者名: 堀 勝、秋山 真一、田中 宏昌、他4名
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2015-155525
  • 出願年月日: 2015-08-05
• [産業財産権] 抗癌剤および輸液とそれらの製造方法ならびに抗癌物質 (2015)
  • 発明者名: 水野 正明、堀 勝、吉川 史隆、田中 宏昌、他6名
  • 権利者名: 水野 正明、堀 勝、吉川 史隆、田中 宏昌、他6名
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: PCT/JP2015/006419
  • 出願年月日: 2015-12-23
  • 外国