プラズマで生成されたフリーラジカルの生物化学作用のメタボロミクスによる解析

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H02805
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 石川 健治 名古屋大学, 工学研究科, 特任教授 (60417384)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: プラズマ / プラズマ医療科学 / 生体分子 / 代謝

研究実績の概要

放電プラズマを生体に作用させ，ヒト細胞への抗腫瘍作用や農産物の成長促進，酵素活性といった生物学，農学的な応用が盛んがであるにもかかわらず，バイオプラズマ応用でのプラズマと生体との相互作用は未知であり，その解析が急務である．研究実施者は，プラズマ生成するイオン，ラジカル，光といった個々の反応種の作用をその場で実時間に観察してプラズマと生体の相互作用の解明に取り組んでいる．本研究では，プラズマと生体内のフリーラジカルの挙動が細胞内化学反応（代謝）の変動の検出に発展させ，キャピラリー電気泳動質量分析検出による解析を進めている．本年度は，（１）プラズマと液体の相互作用の理解：プラズマが合成する化学種のうち代謝影響の候補物質を各種有機物分析手法で進めてきた．複雑な生体エネルギー代謝系に焦点をおき，プラズマ生成物の違いによる代謝物変動のプロファイルを始めることができた．（２）プラズマ代謝経路マップの作成：細胞内酵素反応をプラズマ刺激入力に対する細胞システムの応答ととらえ，プラズマ作用の候補物質の作用，機能を解析することを始めることもできた．プラズマと有機物の反応を解析するため，核磁気共鳴法をもちいてプラズマが影響して生成される合成物の分析を進めた．（３）プラズマ代謝制御：代謝機能を制御する方法を確立する，基盤知識が集積しつつある．最終目標とする自然物と人工物の融合利用に向けた「プラズマ生物科学」の創成に向け，着実に成果を得ることができた．

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

プラズマが合成する有機物の解析を，キャピラリー電気泳動質量分析法，核磁気共鳴法，レーザー脱離イオン化時間飛行型質量分析法で行うことができたため

今後の研究の推進方策

プラズマが合成する有機物には比較的短寿命で構造変化してしまう化学種があるため，核磁気共鳴法を世界に先んじてプラズマ装置と結び付けダイナミクスな解析を始める

研究成果

• [雑誌論文] Free radical generation by non-equilibrium atmospheric pressure plasma in alcohol-water mixtures. An EPR-spin trapping study (2018)
  • 著者名/発表者名: Hidefumi Uchiyama, Qing-Li Zhao, Gabor Andocs, Nobuyuki Nojima, Keigo Takeda, Murali Krishna, Yuji Matsuya, Kenji Ishikawa, Masaru Hori, Kyo Noguchi, and Takashi Kondo
  • 雑誌名: J. Phys.D: Appl. Phys. 巻: 51 ページ: 26201
  • DOI: 10.1088/1361-6463/aaab09
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Glioblastoma cell lines display different sensitivities to plasma-activated medium (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiromasa Tanaka, Masaaki Mizuno, Kenji Ishikawa, Hiroaki Kajiyama, Fumitaka Kikkawa, and Masaru Hori
  • 雑誌名: IEEE Plasma Radiation and Plasma Medical Sciences 巻: 2 ページ: 99-102
  • DOI: 10.1109/TRPMS.2017.2721973
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Cytotoxicity on cancer HeLa cells sensitively against normal MCF10A cells in cultivations with cell culture medium treated by microwave-excited atmospheric pressure plasmas (2018)
  • 著者名/発表者名: Yohei Takahashi, Yusuke Taki, Keigo Takeda, Hiroshi Hashizume, Hiromasa Tanaka, Kenji Ishikawa, and Masaru Hori
  • 雑誌名: J. Phys.D: Appl. Phys. 巻: 51 ページ: 95202
  • DOI: 10.1088/1361-6463/aaa885
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reduced HeLa cell viability in methionine-containing cell culture medium irradiated with microwave-excited atmospheric-pressure plasma (2018)
  • 著者名/発表者名: Yohei Takahashi, Yusuke Taki, Keigo Takeda, Hiroshi Hashizume, Hiromasa Tanaka, Kenji Ishikawa, and Masaru Hori
  • 雑誌名: Plasma Processes Polymers 巻: 15 ページ: 1700200
  • DOI: 10.1002/ppap.201700200
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective production of ROS and RNS in the plasma treated water by using nonthermal low- and high-frequency plasma jets (2018)
  • 著者名/発表者名: Giichiro Uchida, Kosuke Takenaka, Keigo Takeda, Kenji Ishikawa, Masaru Hori, Yuichi Setsuhara
  • 雑誌名: Jpn J Appl Phys 巻: 57 ページ: 0102B4
  • DOI: 10.7567/JJAP.57.0102B4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Plasma-activated medium (PAM) kills human cancer-initiating cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Junnichiro Ikeda, Hiromasa Tanaka, Kenji Ishikawa, Sakakita Hajime, Yuzuru Ikehara, and Masaru Hori
  • 雑誌名: Pathology International 巻: 68 ページ: 23-30
  • DOI: 10.1245/s10434-017-6239-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intracellular-molecular changes in plasma-irradiated budding yeast cells studied using multiplex coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryo Furuta, Naoyuki Kurake, Kenji Ishikawa, Keigo Takeda, Hiroshi Hashizume, Hiroki Kondo, Takayuki Ohta, Masafumi Ito, Makoto Sekine, and Masaru Hori
  • 雑誌名: Phys. Chem. Chem. Phys. 巻: 19 ページ: 13438-13442
  • DOI: 10.1039/c7cp00489c
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intracellular responses to reactive oxygen and nitrogen species, and lipid peroxidation: Induction of apoptotic death in HeLa cells following cultivation in non-equilibrium (cold) atmospheric pressure plasma-activated medium (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryo Furuta, Naoyuki Kurake, Kenji Ishikawa, Keigo Takeda, Hiromasa Tanaka, Hiroshi Hashizume, Hiroki Kondo, Makoto Sekine and Masaru Hori
  • 雑誌名: Plasma Process and Polymers 巻: 14 ページ: e1700123
  • DOI: 10.1002/ppap.201700123
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic analysis of reactive oxygen nitrogen species in plasma-activated culture medium by UV absorption spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Timothy Ryan Brubaker, Kenji Ishikawa, Keigo Takeda, Jun-Seok Oh, Hiroki KONDO, Hiroshi Hashizume, Hiromasa Tanaka, Sean David Knecht, Sven Bil?n, and Masaru Hori
  • 雑誌名: J Appl Phys 巻: 122 ページ: 21330
  • DOI: 10.1186/s13068-017-0979-6
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] State of the art in medical applications using non-thermal atmospheric pressure plasma (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiromasa Tanaka, Kenji Ishikawa, Masaaki Mizuno, Shinya Toyokuni, Hiroaki Kajiyama, Fumitaka Kikkawa, Hans-Robert Metelmann, and Masaru Hori
  • 雑誌名: Rev. Mod. Plasma Phys. 巻: 1 ページ: 3
  • DOI: 10.1007/s41614-017-0004-3
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Spatial distributions of O, N, NO, OH and vacuum ultraviolet light along gas flow direction in an AC-excited atmospheric pressure Ar plasma jet generated in open air (2017)
  • 著者名/発表者名: Keigo Takeda, Kenji Ishikawa, Hiromasa Tanaka, Makoto Sekine, and Masaru Hori
  • 雑誌名: J. Phys. D: Appl. Phys. 巻: 50 ページ: 195202
  • DOI: 10.1088/1361-6463/aa6555
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cold atmospheric helium plasma causes synergistic enhancement in cell death with hyperthermia and an additive enhancement with radiation (2017)
  • 著者名/発表者名: Moniruzzaman Rohan, Qing-Li Zhao, Paras Jawaid, Keigo Takeda, Kenji Ishikawa, Masaru Hori, Kei Tomihara, Noguchi Kyo, Takashi Kondo, and Makoto Noguchi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 ページ: 11659
  • DOI: 10.1038/s41598-017-11877-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Crystallization of calcium oxalate dihydrate in a buffered calcium-containing glucose solution by irradiation with non-equilibrium atmospheric pressure plasma (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoyuki Kurake, Hiromasa Tanaka, Kenji Ishikawa, Kae Nakamura, Hiroaki Kajiyama, Fumitaka Kikkawa, Masaaki Mizuno, Yuzuru Ikehara, and Masaru Hori
  • 雑誌名: J Appl Phys 巻: 122 ページ: 143301
  • DOI: 10.1063/1.5006598
  • 査読あり
• [学会発表] Plasma-activated medium and plasma-activated Ringer’s lactate solution exhibited anti-tumor effects through different mechanisms (2018)
  • 著者名/発表者名: Yugo Hosoi, Kenji Ishikawa, Hiroshi Hashizume, Hiromasa Tanaka, Hiroki Kondo, Makoto Sekine, and Masaru Hori
  • 学会等名: ISPLasma - 10th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials March 04-08, 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Time evolution of reactive oxygen and nitrogen species in plasma-activated media (2018)
  • 著者名/発表者名: Timothy Brubaker, Kenji Ishikawa, Keigo Takeda, Hiroshi Hashizume, Hiromasa Tanaka, Hiroki Kondo, Makoto Sekine, and Masaru Hori
  • 学会等名: ISPLasma - 10th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials March 04-08, 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Inhomogeneity of nitrite anion concentrations in depth and time by convection during and after plasma-liquid interactions (2018)
  • 著者名/発表者名: Timothy R. Brubaker, Kenji Ishikawa, Keigo Takeda, Jun-Seok Oh, Masafumi Ito, Hiroki Kondo, Hiroshi Hashizume, Hiromasa Tanaka, Sean D. Knecht, Sven G. Bil?n, and Masaru Hori
  • 学会等名: 2nd International Workshop on Plasma Agriculture, March 9-12, 2018, Takayama, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] プラズマ活性乳酸の物理化学解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 細井 祐吾, 石川 健治, 橋爪 博司, 田中 宏昌, 吉川 史隆, 水野 正明, 堀 勝
  • 学会等名: 第65回 応用物理学会 春季学術講演会
• [学会発表] プラズマ活性ラクテックの抗腫瘍効果物質の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 細井 祐吾, 石川 健治, 橋爪 博司, 田中 宏昌, 吉川 史隆, 水野 正明, 堀 勝
  • 学会等名: 第65回 応用物理学会 春季学術講演会
• [学会発表] プラズマ活性乳酸処理グリオーマのメタボロミクス解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 細井 祐吾, 石川 健治, 田中 宏昌, 橋爪 博司, 豊國 伸哉, 吉川 史隆, 水野 正明, 堀 勝
  • 学会等名: 第65回 応用物理学会 春季学術講演会
• [学会発表] プラズマ活性ラクテック（PAL）で培養処理によるしたヒーラ(HeLa)細胞応答メカニズム (2018)
  • 著者名/発表者名: 前田 昌吾, 細井 祐吾, 石川 健治, 橋爪 博司, 田中 宏昌, 堀 勝
  • 学会等名: 第65回 応用物理学会 春季学術講演会
• [学会発表] プラズマ活性ラクテック中脂質二重膜形状の高速原子間力顕微鏡観察 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山岡 壮太郎, 戸波 卓也, 橋爪 博司, 近藤 博基, 石川 健治, 田中 宏昌, 堀 勝
  • 学会等名: 第65回 応用物理学会 春季学術講演会
• [学会発表] AC励起非平衡大気圧Arプラズマ生成活性種の時空間分布計測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 倉増 廉, 竹田 圭吾, 石川 健治, 堤 隆嘉, 橋爪 博司, 田中 宏昌, 近藤 博基, 関根 誠, 堀 勝
  • 学会等名: 第65回 応用物理学会 春季学術講演会
• [学会発表] プラズマ活性培養液処理した細胞内酸化窒素活性種(RONS)の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石川 健治, 田中 宏昌, 橋爪 博司, 竹田 圭吾, 太田 貴之, 伊藤 昌文, 中村 香江, 梶山 広明, 吉川 史隆, 豊國 伸哉, 水野 正明, 堀 勝
  • 学会等名: 第７０回日本酸化ストレス学会学術集会 於：つくば国際会議場
• [学会発表] Programmed process for synthesis of calcium oxalate crystals in a bufferred glucose solution by irradiation with non-equilibrium atmospheric-pressure plasma (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenji Ishikawa, Naoyuki Kurake, Hiromasa Tanaka, Kae Nakamura, Hiroaki Kajiyama, Fumitaka Kikkawa, Masaaki Mizuno, Yoko Yamanishi, Yuzuru Ikehara, and Masaru Hori
  • 学会等名: iPlasmaNano-VIII July 2-6, 2017. the University of Antwerp, Antwerp, Belgium.
  • 国際学会
• [学会発表] Observation of intracellular-molecular changes in plasma-irradiated cells using multiplex coherent anti-Stokes Raman scattering microscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Ohta, Ryo Furuta, Naoyuki Kurake, Kenji Ishikawa, Keigo Takeda, Hiroshi Hashizume, Hiroki Kondo, Masafumi Ito, and Masaru Hori
  • 学会等名: AEPSE 2017, Jeju International Convention Center, Jeju Island, Republic of Korea, September 11-15, 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Ambient control during preparations of the plasma-activated medium (PAM) for antitumor effects (2017)
  • 著者名/発表者名: Yugo Hosoi, Kenji Ishikawa, Hiroshi Hashizume, Hiromasa Tanaka, Hiroki Kondo, Makoto Sekine, and Masaru Hori
  • 学会等名: AEPSE 2017, Jeju International Convention Center, Jeju Island, Republic of Korea, September 11-15, 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Measurements of reactive species and VUV radiators generated by AC excited atmospheric pressure Ar plasma jet in open air (2017)
  • 著者名/発表者名: Keigo Takeda, Kenji Ishikawa, Hiroshi Hashizume, Hiromasa Tanaka, Hiroki Kondo, Makoto Sekine, and Masaru Hori
  • 学会等名: AEPSE 2017, Jeju International Convention Center, Jeju Island, Republic of Korea, September 11-15, 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Analyses of cellular responses to Plasma-activated medium (PAM) and plasma-activated Ringer’s lactate solution (PAL) (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiromasa Tanaka, Masaru Hori
  • 学会等名: AEPSE 2017, Jeju International Convention Center, Jeju Island, Republic of Korea, September 11-15, 2017
  • 国際学会
• [学会発表] 非平衡大気圧プラズマ源の構造検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 勝野 楓、石川 健治、堤 隆嘉、竹田 圭吾、橋爪 博司、田中 宏昌、近藤 博基、関根 誠、堀 勝
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会 於：福岡国際会議場
• [学会発表] プラズマ照射有機溶液を用いたシュウ酸カルシウム結晶の生成機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 岡部 萌、倉家 尚之、石川 健治、田中 宏昌、橋爪 博司、堤 隆嘉、近藤 博基、関根 誠、堀 勝
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会 於：福岡国際会議場
• [学会発表] カーボンナノウォールを用いた表面支援レーザー脱離/イオン化質量分析法によるペプチドの測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 寛納、太田 貴之、石川 健治、近藤 博基、平松 美根男、堀 勝
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会 於：福岡国際会議場
• [学会発表] Multiplex Coherent Anti-Stokes Raman Scattering (CARS) Observations of HeLa Cells Cultured in Non-equilibrium Atmospheric Pressure-Plasma-Activated Medium (PAM) (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenji Ishikawa, Ryo Furuta, Keigo Takeda, Takayuki Ohta, Masafumi Ito, Hiroshi Hashizume, Hiromasa Tanaka, Hiroki Kondo, Makoto Sekine, Masaru Hori
  • 学会等名: AVS - 4th International Symposium and Exhibition, October 29-November 03, 2017. Tampa, Florida, USA
  • 国際学会
• [学会発表] 未来の健康長寿社会を実現するプラズマ医療技術への挑戦 (2017)
  • 著者名/発表者名: 石川健治，田中宏昌，豊國伸哉, 水野正明，吉川史隆，堀勝
  • 学会等名: プラズマカンファレンス 於：姫路
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] プラズマ活性ラクテック （ＰＡＬ）内成分の物理化学解析と抗腫瘍効果の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 細井 祐吾、石川 健治、田中 宏昌、橋爪 博司、水野 正明、堀 勝
  • 学会等名: プラズマカンファレンス 於：姫路
  • 国際学会
• [学会発表] カーボンナノウォールを用いた表面支援レーザー脱離/イオン化質量分析法によるペプチドの分析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 寛納、太田 貴之、石川 健治、近藤 博基、平松 美根男、堀 勝
  • 学会等名: プラズマカンファレンス 於：姫路
  • 国際学会
• [学会発表] Intracellular responses during incubation in plasma-activated cell culture medium (PAM) (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenji Ishikawa, Ryo Furuta, Naoyuki Kurake, Keigo Takeda, Hiroshi Hashizume, Hiromasa Tanaka, Takayuki Ohta, Masafumi Ito, Hiroki Kondo, Makoto Sekine, and Masaru Hori
  • 学会等名: 27th annual meeting of MRS-J, Yokohama, Japan, December 5-7, 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Dynamics of Intracellular Responses in HeLa Cells Cultured in Non-equilibrium Atmospheric Pressure-Plasma-treated Medium (PAM) (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenji Ishikawa
  • 学会等名: APSPT-10 - 10th Asia-Pacific International Symposium on the Basics and Applications of Plasma Technology, December 15-17, 2017. Taiwan.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Quantitative pH imaging of plasma‐treated liquids using bromothymol blue (2017)
  • 著者名/発表者名: Timothy Ryan Brubaker, Kenji Ishikawa, Hiroshi Hashizume, Hiromasa Tanaka, Takayoshi Tsutsumi, Hiroki Kondo, Masaru Hori
  • 学会等名: APSPT-10 - 10th Asia-Pacific International Symposium on the Basics and Applications of Plasma Technology, December 15-17, 2017. Taiwan.
  • 国際学会
• [学会発表] Effects of dielectric walls on atmospheric-pressure plasma discharges (2017)
  • 著者名/発表者名: Kaede Katsuno, Kenji Ishikawa, Takayoshi Tsutsumi, Keigo Takeda, Hiroshi Hashizume, Hiromasa Tanaka, Hiroki Kondo, Makoto Sekine, and Masaru Hori
  • 学会等名: APSPT-10 - 10th Asia-Pacific International Symposium on the Basics and Applications of Plasma Technology, December 15-17, 2017. Taiwan.
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation the effects of gas flow rate on atmospheric pressure plasma (2017)
  • 著者名/発表者名: Yu-Chun Lin, Kenji Ishikawa, Masaru Hori, and Meng-Jiy Wang
  • 学会等名: APSPT-10 - 10th Asia-Pacific International Symposium on the Basics and Applications of Plasma Technology, December 15-17, 2017. Taiwan.
  • 国際学会
• [備考] Homepage
  • URL: http://www.plasma.engg.nagoya-u.ac.jp/ishikawa/index.php/Home