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

2018 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, 低温プラズマ科学研究センター, 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] Nonthermal plasma-activated medium (PAM) modified metabolomic profiles in glycolysis of U251SP glioblastoma (2019)
  • 著者名/発表者名: Naoyuki Kurake, Kenji Ishikawa, Hiromasa Tanaka, Hiroshi Hashizume, Kae Nakamura, Hiroaki Kajiyama, Shinya Toyokuni, Fumitaka Kikkawa, Masaaki Mizuno, and Masaru Hori
  • 雑誌名: Archives of Biochemistry and Biophysics 巻: 662 ページ: 83-92
  • DOI: 10.1016/j.abb.2018.12.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Systematic diagnostics of the electrical, optical, and physicochemical characteristics of low-temperature atmospheric-pressure helium plasma sources (2019)
  • 著者名/発表者名: Keigo Takeda, Hiromasa Yamada, Kenji Ishikawa, Hajime Sakakita, Jaeho Kim, Masashi Ueda, Jun-ichiro Ikeda, Yoshihiro Akimoto, Yosky Kataoka, Naoaki Yokoyama, Yuzuru Ikehara, and Masaru Hori
  • 雑誌名: Journal of Physics D:Applied Physics 巻: 52 ページ: 165202
  • DOI: 10.1088/1361-6463/aaff44
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of electrical stimulation on proliferation and bone-formation by osteoblast-like cells cultured on carbon nanowall scaffolds (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomonori Ichikawa, Suiki Tanaka, Hiroki Kondo, Kenji Ishikawa, Takayoshi Tsutsumi, Makoto Sekine, and Masaru Hori
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 12 ページ: 025006
  • DOI: 10.7567/1882-0786/aaf469
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular mechanisms of non-thermal plasma-induced effects in cancer cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiromasa Tanaka, Masaaki Mizuno, Kenji Ishikawa, Shinya Toyokuni, Hiroaki Kajiyama, Fumitaka Kikkawa, and Masaru Hori
  • 雑誌名: Biological Chemistry 巻: 400 ページ: 87-91
  • DOI: 10.1515/hsz-2018-0199
  • 査読あり
• [雑誌論文] New hopes for plasma-based cancer treatment (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiromasa Tanaka, Masaaki Mizuno, Kenji Ishikawa, Shinya Toyokuni, Hiroaki Kajiyama, Fumitaka Kikkawa, and Masaru Hori
  • 雑誌名: Plasma 巻: 1 ページ: 150-155
  • DOI: 10.3390/plasma1010014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cytotoxic effects of plasma-irradiated fullerenol (2018)
  • 著者名/発表者名: Daiki Kanno, Hiromasa Tanaka, Kenji Ishikawa, Hiroshi Hashizume, and Masaru Hori
  • 雑誌名: Journal of Physics D: Applied Physics 巻: 51 ページ: 375401
  • DOI: 10.1088/1361-6463/aad510
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cell Deposition Microchip with Micropipette Control over Liquid Interface Motion (2018)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Onoshima, Yuya Hattori, Hiroshi Yukawa, Kenji Ishikawa, Masaru Hori, and Yoshinobu Baba
  • 雑誌名: Cell Medicine 巻: 10 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1177/2155179017733152
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-autofluorescence fluoropolymer membrane filters for cell filtration (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoto Kihara, Daiki Kuboyama, Daisuke Onoshima, Kenji Ishikawa, Ryohei Koguchi, Hiromasa Tanaka, Naoya Ozawa, Tetsunari Hase, Hiroshi Yukawa, Hidefumi Odaka, Yoshinori Hasegawa, Yoshinobu Baba, and Masaru Hori
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 57 ページ: 06JF03
  • DOI: 10.7567/JJAP.57.06JF03
  • 査読あり
• [学会発表] Low Temperature Plasma Surface Interactions Among Multiple Phase (2019)
  • 著者名/発表者名: Kenji Ishikawa, Masaru Hori
  • 学会等名: 5th Asian Workshop on Applied Plasma Science and Engineering, Kuala Lumpur, Malaysia
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mechanism of Selective Killing of Glioblastoma to Astrocytes in PlasmaActivated Lactate (2019)
  • 著者名/発表者名: Yugo Hosoi, Kenji Ishikawa, Hiromasa Tanaka, Hiroshi Hashizume, Masaaki Mizuno, Fumitaka Kikkawa and Masaru Hori
  • 学会等名: ISPlasma2019/IC-PLANTS2019, Nagoya Institute of Technology, Nagoya, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Aqueous Reactions in Non-equilibrium Atmospheric Pressure Plasma-activated Ringer s Lactate Solutions (2019)
  • 著者名/発表者名: Yang Liu, Kenji Ishikawa, Hiromasa Tanaka, Hiroshi Hashizume, Takyoshi Tsutsumi, Fumitaka Kikkawa, Kae Nakamura, Masaaki Mizuno, Shinya Toyokuni, Hiroki Kondo, and Masaru Hori
  • 学会等名: ISPlasma2019/IC-PLANTS2019, Nagoya Institute of Technology, Nagoya, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Intracellular Reactive Oxygen Species Responses of HeLa Cells Treated with PlasmaActivated Organics (2019)
  • 著者名/発表者名: Shogo Maeda, Yugo Hosoi, Kenji Ishikawa, Hiroshi Hashizume, Hiromasa Tanaka, Takayoshi Tsutsumi, Hiroki Kondo, Makoto Sekine and Masaru Hori
  • 学会等名: ISPlasma2019/IC-PLANTS2019, Nagoya Institute of Technology, Nagoya, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Regulation of Cell Proliferation Changing Duty Ratio of an Electrical Stimulation on Carbon Nanowalls Scaffold (2019)
  • 著者名/発表者名: Tomonori Ichikawa, Hiroki Kondo, Hiroshi Hashizume, Hiromasa Tanaka, Takayoshi Tsutsumi, Kenji Ishikawa, Makoto Sekine and Masaru Hori
  • 学会等名: ISPlasma2019/IC-PLANTS2019, Nagoya Institute of Technology, Nagoya, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Morphological Dynamics of Dying Cells Incubated in Plasma-Activated Medium (2019)
  • 著者名/発表者名: Nanami Ito, Maho Yamada, Yugo Hosoi, Hiromasa Tanaka, Kenji Ishikawa and Masaru Hori
  • 学会等名: ISPlasma2019/IC-PLANTS2019, Nagoya Institute of Technology, Nagoya, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Cytotoxicity of Plasma-Activated Glucose and Amino Acids (2019)
  • 著者名/発表者名: Maho Yamada, Nanami Ito, Yugo Hosoi, Hiromasa Tanaka, Kenji Ishikawa and Masaru Hori
  • 学会等名: ISPlasma2019/IC-PLANTS2019, Nagoya Institute of Technology, Nagoya, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Intracellular responses in apoptotic cells to reactive species in plasma treated liquids (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Ishikawa, H. Tanaka, T. Kondo, S. Toyokuni, F. Kikkawa, M. Mizuno, and M. Hori
  • 学会等名: 7th International Conference on Plamsa Medicine (ICPM7), Drexekl University Philadelphia, USA
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Low temperature plasma surface interactions for their future basic researches and applications (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Ishikawa, M. Itou, and M. Hori
  • 学会等名: 22nd International Conference Gas Discharges and Their Applications, Serbia
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mechanisms of plasma jets impinging upon liquids (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Brubaker, K. Ishikawa, H. Hashizume, H. Tanaka, T. Tsutsumi, H. Kondo, S. Knecht, S. Bilen, and M. Hori
  • 学会等名: 7th International Conference on Plamsa Medicine (ICPM7), Drexekl University Philadelphia, USA
  • 国際学会
• [学会発表] Similarities and Differences in Gene Transcription in Plasma-activated Medium Treated and Plasma-activated Ringer’s Lactate Solution Treated Glioblastomas (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, M. Mizuno, K. Ishikawa, K. Takeda, H. Hashizume, H. Kondo, M. Sekine, K. Nakamura, H. Kajiyama, S. Akiyama, S. Maruyama, S. Toyokuni, F. Kikkawa, M. Hori
  • 学会等名: 7th International Conference on Plamsa Medicine (ICPM7), Drexekl University Philadelphia, USA
  • 国際学会
• [学会発表] Biological Effects of Plasma-Irradiated Oraganic Molecules in Plasma-Treated Liquids (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenji Ishikawa, Y. Hosoi, D.Kanno, Y. Kurokawa, H. Tanaka, M. Mizuno, F.Kikkawa, M.Hori
  • 学会等名: AVS 65th INTERNATIONAL SYMPOSIUM & EXHIBITION 2018, Long Beach, California, USA
  • 国際学会
• [学会発表] Nonequilibrium atmospheric pressure plasma activates organic substances for antitumor effects (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenji Ishikawa, Yugo Hosoi, Hiromasa Tanaka, Hiroshi Hashizume, Shinya Toyokuni, Fumitaka Kikkawa, Masaaki Mizuno, and Masaru Hori
  • 学会等名: 40th International Symposium on Dry Process (DPS2018), Toyoda Auditorium, Nagoya University, Nagoya, Aichi, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Anti-proliferative effect of glyoxylate generated in plasma-activated lactate solution (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Hosoi, K. Ishikawa, H. Tanaka, H. Hashizume, F. Kikkawa, M. Mizuno and M. Hori
  • 学会等名: 28th Materials Research Society of Japan (MRS-J) , Kitakyusyu International Conference Center, Fukuoka, Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Cell response mechanisms of HeLa cells cultured with plasma-activated lactate Ringer’s solution (PAL) (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Maeda, Y. Hosoi, K. Ishikawa, H. Hashizume, H. Tanaka, T. Takayoshi, H. Kondo, M. Sekine, and M.Hori
  • 学会等名: 28th Materials Research Society of Japan (MRS-J) , Kitakyusyu International Conference Center, Fukuoka, Japan
  • 国際学会
• [図書] Chapter 2 Physical and Chemical Basis of Nonthermal Plasma, In "Plasma Medical Science" (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenji Ishikawa et al.
  • 総ページ数: 103
  • 出版者: Academic Press
  • ISBN: 9780128150047
• [備考] Homepage
  • URL: http://www.plasma.engg.nagoya-u.ac.jp/ishikawa/index.php/Home