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2016 年度 実施状況報告書

インスリン標的細胞に対するプラズマ効果とその治療的応用

研究課題

研究課題/領域番号 16K12863
研究機関東北大学

研究代表者

神崎 展  東北大学, 医工学研究科, 准教授 (10272262)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワードプラズマ医療 / 医工学 / 生活習慣病 / 細胞生理学
研究実績の概要

プラズマは、固体・液体・気体の3状態とも異なる第4の状態であり、原子と電子とイオンに電離した物理的にも、化学的にも他の物質状態は見られない特性を持っている。近年開発された大気圧プラズマのユニークな特性から、プラズマを用いた生命機能調節や医療応用への展開が期待されている。研究代表者らは、特定の細胞種において「プラズマ誘導性の細胞質Ca2+上昇現象」が存在することを発見しており、本研究ではこのプラズマ誘導性の細胞応答に注目した研究を推進している。
これまでの検討から「プラズマ誘導性の細胞質Ca2+上昇現象」は3T3L1細胞において顕著に認められることから、この高感度プラズマ応答性細胞を活用することにより、生細胞に対するプラズマ作用のメカニズムの探索を行っている。H28年度は、プラズマ反応性Ca2+透過性チャネルの特性解析を達成し、TRPチャネルファミリーメンバーが重要な役割を果たしていることを明らかにした。さらに、このチャネルの活性化を誘導していると考えられる特殊な活性種(プラズマにより産生される未知の短寿命活性種)が存在することを見出した(Sci. Rep.25728, 2016)。
さらに、3T3L1細胞は細胞分化することにより脂肪細胞となるが、脂肪分化した3T3L1細胞では「プラズマ誘導性の細胞質Ca2+上昇」のプロファイルが大きく変化することを見出した。このことから、プラズマ応答性は細胞の分化度や細胞種によって変化し、細胞の高次機能(分化・増殖やインスリン反応性など)にも影響を与える可能性が高いと考えられた。

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

大気圧プラズマ刺激により良好に細胞質内Ca2+濃度([Ca2+]i)の上昇が認められる線維芽細胞(3T3L1細胞)のプラズマ応答性について、各種パラメーターを設定した上で間接照射法を用いた詳細な解析を行った。その結果、3T3L1線維芽細胞のプラズマ依存性[Ca2+]i応答はルテニウムレッド(RR)感受性及びSKF96365感受性を示すことを明らかにし、この特性からTRPチャネルファミリーが関与することが示唆された。また、プラズマ照射時間・強度・保持時間などを制御した解析より[Ca2+]i応答を惹起する物質は、プラズマ照射により溶液中に産生される各種活性種のなかでも比較的短寿命の特殊成分であり、未知のプラズマ生成短寿命活性種の存在が上記の生命応答に関与している可能性を明らかにした。また、3T3L1細胞を脂肪細胞へと分化させると、プラズマ依存性[Ca2+]i応答に変化が認められることを見出している。

今後の研究の推進方策

H28年度に得られた成果に基づき、H29年度は①プラズマ作用の細胞生物学的解析と②プラズマ応答性カルシウム透過性チャネルの分子生物学的解析を推進する。具体的には、①3T3L1線維芽細胞は脂肪細胞へと分化することにより、そのインスリン反応性や代謝能が成熟する特徴があるため、未分化細胞と分化した脂肪細胞におけるプラズマ依存性[Ca2+]i応答の差異について詳しく解析する。さらに、脂肪細胞の高次機能(インスリン反応性や糖取込)に対するプラズマ作用の有無について生化学的に解析する。未分化線維芽細胞との比較検討を行うことにより、生物機能に対するプラズマ作用の多様性とその作用メカニズムについての理解を深める。②また、プラズマ依存性[Ca2+]i応答にはTRPチャネルファミリーの関与が示唆されるため、各種TRPチャネル(TRPV1, TRPV2,TRPA1, TRPC4, etc)を外来性に発現させた培養細胞を用いた分子レベルでの解析を推進する。特にTRPV1分子には活性窒素種で化学修飾されるシステイン残基が多数存在するため、各種の置換変異体を作製することにより、プラズマ応答性に対するチャネル分子構造-機能協関について明らかにする。

次年度使用額が生じた理由

若干の端数が残金となった。

次年度使用額の使用計画

H29年度に使用予定である。

  • 研究成果

    (29件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 10件、 招待講演 1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Gas-liquid interfacial plasmas producing reactive species for cell membrane permeabilization.2017

    • 著者名/発表者名
      Kaneko T, Sasaki S, Takashima K, Kanzaki M.
    • 雑誌名

      J Clin Biochem Nutr.

      巻: 60(1) ページ: 3-11

    • DOI

      doi: 10.3164/jcbn.16-73.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Live-cell single-molecule labeling and analysis of myosin motors with quantum dots.2017

    • 著者名/発表者名
      Hatakeyama H, Nakahata Y, Yarimizu H, Kanzaki M.
    • 雑誌名

      Mol Biol Cell.

      巻: 28(1) ページ: 173-181.

    • DOI

      doi: 10.1091/mbc.E16-06-0413.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Calcium influx through TRP channels induced by short-lived reactive species in plasma-irradiated solution.2016

    • 著者名/発表者名
      Sasaki S, Kanzaki M, Kaneko T.
    • 雑誌名

      Sci Rep.

      巻: - ページ: 25728

    • DOI

      doi: 10.1038/srep25728.

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The proneurotrophin receptor sortilin is required for Mycobacterium tuberculosis control by macrophages.2016

    • 著者名/発表者名
      V;zquez CL, Rodgers A, Herbst S, Coade S, Gronow A, Guzman CA, Wilson MS, Kanzaki M, Nykjaer A, Gutierrez MG.
    • 雑誌名

      Sci Rep.

      巻: - ページ: 29332.

    • DOI

      doi: 10.1038/srep29332.

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Roles of charged particles and reactive species on cell membrane permeabilization induced by atmospheric-pressure plasma irradiation2016

    • 著者名/発表者名
      S. Sasaki, M. Kanzaki, Y. Hokari, K. Tominami, T. Mokudai, H. Kanetaka, and T. Kaneko
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 55 ページ: 07LG04-1-5

    • DOI

      10.7567/JJAP.55.07LG04

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characterization of plasma-induced cell membrane permeabilization: focus on OH radical distribution2016

    • 著者名/発表者名
      S. Sasaki, R. Honda, Y. Hokari, K. Takashima, M. Kanzaki, and T. Kaneko
    • 雑誌名

      Journal of Physics D: Applied Physics

      巻: 49 ページ: 334002-1-8

    • DOI

      10.1088/0022-3727/49/33/334002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] インスリンシグナルに関わるメンブレントラフィック2016

    • 著者名/発表者名
      畠山裕康、神崎 展
    • 雑誌名

      DOJIN BIOSCIENCE SERIES「メンブレントラフィック」

      巻: - ページ: 170-183

  • [雑誌論文] プラズマ刺激による細胞膜輸送制御2016

    • 著者名/発表者名
      金子俊郎,佐々木渉太,神崎 展
    • 雑誌名

      機械の研究

      巻: 68(2) ページ: 151-154

  • [雑誌論文] プラズマ刺激による細胞応答と応用2016

    • 著者名/発表者名
      佐藤岳彦, 横山茉代, 城倉浩平, 金子俊郎, 佐々木渉太, 神崎展, 太田貴之
    • 雑誌名

      機械の研究

      巻: 68(2) ページ: 147-157

  • [学会発表] 異種気液界面プラズマによる細胞膜透過性促進の比較2017

    • 著者名/発表者名
      金子俊郎,佐々木渉太,保苅雄太郎,鄭悦星,高島圭介,神崎展
    • 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(神奈川県,横浜市)
    • 年月日
      2017-03-16
  • [学会発表] Membrane Permeabilizing Effects of Saline Treated with Different Types of Gas-Liquid Interfacial Plasmas2017

    • 著者名/発表者名
      T. Kaneko, S. Sasaki, Y. Hokari, Y. Zheng, K. Takashima, and M. Kanzaki
    • 学会等名
      34th Symposium on Plasma Processing (SPP34) / The 29th Symposium on Plasma Science for Materials (SPSM29)
    • 発表場所
      北海道大学 (北海道,札幌市)
    • 年月日
      2017-01-17
    • 国際学会
  • [学会発表] Gas-Liquid Interfacial Atmospheric Pressure Plasmas for Medical Applications2016

    • 著者名/発表者名
      T. Kaneko, S. Sasaki, K. Takashima, T. Sato, H. Kanetaka, M. Tachikawa, and M. Kanzaki
    • 学会等名
      The 3rd Japan-Taiwan Workshop on Plasma Life Science and Technology
    • 発表場所
      Ming Chi University of Technology (New Taipei City, Taiwan)
    • 年月日
      2016-12-16
    • 国際学会
  • [学会発表] 細胞膜輸送制御に向けたプラズマ誘起活性種・電位分布計測2016

    • 著者名/発表者名
      佐々木渉太,保苅雄太郎,高島圭介,熊田亜紀子,神崎展,金子俊郎
    • 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(新潟県,新潟市)
    • 年月日
      2016-09-16
  • [学会発表] プラズマ照射溶液中短寿命活性種に対するTRPチャネル介在細胞内カルシウム応答2016

    • 著者名/発表者名
      佐々木渉太,神崎展,金子俊郎
    • 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(新潟県,新潟市)
    • 年月日
      2016-09-16
  • [学会発表] 細胞膜輸送に対する液相中プラズマの物理的・化学的刺激の効果2016

    • 著者名/発表者名
      保苅雄太郎, 佐々木渉太, 神崎展, 佐藤岳彦, 金子俊郎
    • 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(新潟県,新潟市)
    • 年月日
      2016-09-15
  • [学会発表] Multimodal live-imaging analysis of GLUT4 behavior and exercise effects in mouse skeletal muscle.2016

    • 著者名/発表者名
      Hatakeyama H, Sekiai S, Hosoya M, Kanzaki M.
    • 学会等名
      52ed European Association for the Study of Diabetes (EASD) Annual Meeting
    • 発表場所
      International Congress Center (Munich, Germany)
    • 年月日
      2016-09-12 – 2016-09-16
    • 国際学会
  • [学会発表] Interaction between Plasma-activated Calcium Ion Channel and Uptake of Drug-simulated Molecule2016

    • 著者名/発表者名
      S. Sasaki, K. Kikuchi, M. Kanzaki and T. Kaneko
    • 学会等名
      6th International Conference on Plasma Medicine (ICPM6)
    • 発表場所
      Slovak University of Technology (Bratislava, Slovakia)
    • 年月日
      2016-09-07
    • 国際学会
  • [学会発表] Effects of Multi-Stimuli on Cell Membrane Permeability in Micro Solution Plasma2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Hokari, S. Sasaki, M. Kanzaki, T. Sato, and T. Kaneko
    • 学会等名
      6th International Conference on Plasma Medicine (ICPM6)
    • 発表場所
      Slovak University of Technology (Bratislava, Slovakia)
    • 年月日
      2016-09-07
    • 国際学会
  • [学会発表] Spatial Mapping of Gas and Aqueous Phase OH Radicals and Plasma-Induced Effect on Cell Membrane Permeabilization2016

    • 著者名/発表者名
      T. Kaneko, S. Sasaki, R. Honda, Y. Hokari, K. Takashima, and M. Kanzaki
    • 学会等名
      6th International Conference on Plasma Medicine (ICPM6)
    • 発表場所
      Slovak University of Technology (Bratislava, Slovakia)
    • 年月日
      2016-09-06
    • 国際学会
  • [学会発表] Involvement of interleukin-1 cyotokine networks in skeletal muscle myogeneis.2016

    • 著者名/発表者名
      Chayanit Chaweewannakorn, 土谷昌広,小出将志,萩原嘉廣,神崎 展,佐々木啓一
    • 学会等名
      第2回 日本筋学会
    • 発表場所
      国立精神・神経医療研究センター(東京)
    • 年月日
      2016-08-06
  • [学会発表] 筋機能発現における好中球由来IL-1βの役割2016

    • 著者名/発表者名
      土谷昌広,小出将志,畠山裕康,Chayanit Chaweewannakorn,堰合茂智,吉田新一郎,佐々木啓一,萩原嘉廣,神崎 展
    • 学会等名
      第2回 日本筋学会
    • 発表場所
      国立精神・神経医療研究センター(東京)
    • 年月日
      2016-08-06
  • [学会発表] Electric Pulse Stimulation as a Model for Physical Exercise and Chronic Diseases using Cell Culture Myotubes.2016

    • 著者名/発表者名
      Kanzaki M.
    • 学会等名
      International Conference on Obesity and Chronic Diseases.
    • 発表場所
      Hampton Inn Tropicaana (Las Vegas, USA)
    • 年月日
      2016-07-25 – 2016-07-27
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Activation of Sensory Channels in Cell Membrane Using Plasma-Generated Reactive Species2016

    • 著者名/発表者名
      S. Sasaki, M. Kanzaki and T. Kaneko
    • 学会等名
      Gordon Research Seminar on Plasma Processing Science
    • 発表場所
      Proctor Academy (Andover, New Hampshire, USA)
    • 年月日
      2016-07-23
    • 国際学会
  • [学会発表] ATOMOSPHERIC-PRESSURE PLASMA-INDUCED CELLULAR RESPONSES IN HUMAN COLORECTAL ADENOCARCINOMA CACO-2 CELLS: A STUDY OF SWATHTM-BASED COMPREHENSIVE QUANTITATIVE PROTEOMICS2016

    • 著者名/発表者名
      M. Tachikawa, D. Sano, S. Sasaki, M. Kanzaki, T. Terasaki, and T. Kaneko
    • 学会等名
      43rd IEEE International Conference on Plasma Science
    • 発表場所
      The Banff Centre (Alberta, Canada)
    • 年月日
      2016-06-21
    • 国際学会
  • [学会発表] PLASMA-IRRADIATED SOLUTION AS DRUG PERMEATION ENHANCER2016

    • 著者名/発表者名
      T. Kaneko, K. Kikuchi, S. Sasaki, and M. Kanzaki
    • 学会等名
      43rd IEEE International Conference on Plasma Science
    • 発表場所
      The Banff Centre (Alberta, Canada)
    • 年月日
      2016-06-21
    • 国際学会
  • [学会発表] 骨格筋における糖輸送体GLUT4挙動のライブイメージングと運動効果の基盤解析2016

    • 著者名/発表者名
      畠山裕康,堰合茂智,神崎 展
    • 学会等名
      第59回 日本糖尿病学会年次学術集会
    • 発表場所
      京都国際会館(京都)
    • 年月日
      2016-05-20 – 2016-05-23
  • [学会発表] 大気圧プラズマ照射によるヒト大腸がん細胞の細胞膜輸送変動の解明2016

    • 著者名/発表者名
      立川正憲, 佐野大知, 佐々木渉太, 神崎展, 寺崎哲也, 金子俊郎
    • 学会等名
      日本薬剤学会 第31年会
    • 発表場所
      長良川国際会議場(岐阜県,岐阜市)
    • 年月日
      2016-05-19 – 2016-05-21
  • [備考] Research Gate

    • URL

      https://www.researchgate.net/profile/Makoto_Kanzaki/

  • [備考] 神崎研HP

    • URL

      http://www.ecei.tohoku.ac.jp/kanzaki/index.html

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公開日: 2018-01-16  

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