内部被ばくの分子病理学的影響検出と周辺細胞のPatho-マイクロドジメトリー解析

2022 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K10027
• 研究機関: 長崎大学
• 研究代表者: 七條 和子 長崎大学, 原爆後障害医療研究所, 助教 (90136656)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 内部被ばく / 分子病理学 / マイクロドジメトリー / 放射化マンガン / 肺

研究実績の概要

福島原発事故後11年を迎えた日本では、放射線の作用が腫瘍発生・腫瘍制御に関する研究の中で最も関心事となりその基礎的研究の重要性が増している。本研究 の目的は、体内残留放射能が内部被ばくとして人体に及ぼす影響を分子病理学的に検出し、組織細胞のマイクロドジメトリーとの関連を検討すること(Patho-マ イクロドジメトリー)である。 私達は長崎原子爆弾のPu-239由来α粒子の飛跡を近距離被爆者の病理標本上に確認し、それをもとに内部被ばくの科学的証拠を初めて示し、論文発表した。現在の外部被曝線量の評価法では、被爆者の最も高い骨髄組織吸収線量は0.560 mGy/y, 生存期間68日における累積線量は0.104 mGyとごく僅かで、人体に影響する値ではないと考えられた。今回、α粒子飛跡周辺細胞では、粒子が細胞核を通過する際の局所的線量は高線量(血管内皮細胞で3.89Gy、肝実質細胞で1.29Gy) と算出された。内部被ばくは生物学的半減期・物理学的半減期によって被爆後人体内から急速に減衰することから生存被爆者で残存放射能を検出することは不可能である。 原爆からの中性子線で放射化された物質のうち内部被ばくで主要なものとして放射性Mn-56 が特定されている。「広島原爆において入市1日目の入市被爆者の死亡率が高い。」という疫学的データーがあるが、放射化された土中の MnO2 微粒子が大気中に多量に舞い、これを吸い込むことで早期入市者に内部被ばくが引き起こされたと考えられる。日本では放射線管理上の理由で実験が困難なためカザフスタン国立核研究センターの IVG.1M 原子炉で照射を行い、得られた放射性 MnO2 をラットに暴露する実験を行った。今後、この内部被ばくラット組織内に沈着するMnO2粒子近傍のβ線吸収線量を指標として特に肺，小腸について遺伝子不安定性分子病理マーカーの探索を行う。

現在までの達成度 (区分)

4: 遅れている

理由

１）セメイ医科大学（カザフスタン）と共同研究で内部被ばく線量を変えた実験（Mn-56x1, x2, x3）を行い病理標本を採取した。既存のラット内部被ばく病理標本の画像データーベースを作り解析した。MnO2を放射化して得たMn-56微粒子を曝露した各臓器の内部被ばくによる被曝吸収線量推定値は、全身0.14Gy、小腸 1.48Gy、肺0.11Gy、他の臓器ではそれ以下であった。肺では気腫、出血、炎症が6時間から180日後まで引き続き、180日後には高度の炎症細胞浸潤と肺炎、無気肺、肉芽腫、高度の出血など重篤な所見が認められた。60Co-2Gy外部照射群では認められなかった。線維化について特殊染色、弾性線維（エラスチン）、膠原線維（コラーゲン）を染色し、陽性領域の割合を解析した結果、内部被ばく群でエラスチンの異常沈着を認めた。
２）Patho-マイクロドジメトリー；遺伝子不安定性マーカーとして、2種のマーカー； H&E染色による細胞核異型、TUNEL法によるDNA障害アポトーシス細胞を観察した。分子病理学的定量解析の結果、Mn-56内部被ばく群では、肺にアポトーシス細胞が見られた。
３）56MnO2 沈着肺病理標本におけるSR-XRF-XANES解析(放射蛍光X線分析法とX線吸収微細構造; 照射X線の内殻電子励起による吸収による元素分析)を行い、Fe元素と共存するMn2+を肺標本上に同定した。周辺組織部位は病理学的には血痰と壊死組織だった。放射性Mn56 微粒子の吸収線量は、主にβ線によるもので、微粒子径 5μmで粒子表面線量が 8.05Gy、10μmで15.5Gyと算出された。論文review発表後、中国新聞2月に掲載された。
４）今年度も海外出張が制限され実験結果の検討に時間を要し、小腸標本でアポトーシス異常細胞とMn2＋の同定結果を論文投稿中で完成に至っていない。

今後の研究の推進方策

１）内部被ばく実験のラット小腸の内部被ばく病理標本を収集し、今までの実験と同様に、遺伝子不安定性マーカー蛋白、および病理所見を指標とする画像データーベースを作成したので解析後論文にして投稿中である。
２）Patho-マイクロドジメトリー；遺伝子不安定性マーカーとしては、2種のマーカー； H&E染色による細胞核異型、TUNEL法によるDNA障害アポトーシス細胞を観察する。人体病理で認められる放射線性腸炎と照らし合わせた検討を行う。得られたラット標本の放射性Mn-56が沈着した組織周辺の細胞における Patho-マイクロドジメトリーの結果を踏まえて、人体病理との関連性について再考察する。これらを集積し、分子病理学的に定量解析を行い論文で公表する。
３）当初の動機となったMnO2 微粒子径の大きさで被ばく線量が異なることに着目した実験系；微粒子径を従来の 5μm に加えて10μm の Mn-56 ball を用いた実験については、海外共同研究者を通じた実験計画への参画が必要であるが、現在、新型コロナウイルスの影響のため滞っており、実績作りと信頼性を確認するために今までのデーター収集と論文公表に全力を尽くす。遺伝子不安定性マーカー53BP1等の核内フォーカス発現を指標とした分子病態への影響について、内部被ばく線量依存性を観点にPatho-マイクロドジメトリ－を基に検討する。ラット標本における局所的高線量被曝と放射性Mn-56沈着組織周辺の細胞における傷害をとらえたPatho-マイクロドジメトリーの結果を踏まえた新知見から見える“人体病理との関連性”について放射線災害などを見据えた考察を行う。一部は、既に核戦争防止世界医師の会（23thIPPNW2023）で発表した。さらに人体における内部被ばく（残存遺伝子異常）による放射線の分子病理学亭影響を論文等により公表したい。

次年度使用額が生じた理由

当初の動機となったMnO2 微粒子径の大きさで被ばく線量が異なることに着目した実験系；微粒子径を従来の 5μm に加えて10μm の Mn-56 ball を用いた実験などについては、海外共同研究者を通じた実験計画への参画が必要である。昨年同様、出張を外国旅費で予定していたが、新型コロナウイルスの影響により、今年度は出張を取りやめた。次年度はカザフスタンに出張予定である。また、論文校閲費および論文投稿費を予定していたが、今年度は、小腸サンプルについは、データー解析後、論文作成後投稿中で、完成出来なかったので次年度使用額が生じた。次年度は、遺伝子不安定性マーカー検出のために消耗品費に使用予定であり、さらに、論文校閲費および論文投稿費に使用して論文を完成させ公表する。

研究成果

• [国際共同研究] Semey State Medical University/Eurasian National University(カザフスタン)
  • 国名: カザフスタン
  • 外国機関名: Semey State Medical University/Eurasian National University
• [国際共同研究] A. Tsyb Medical Research Center/National Medical Research Center(ロシア連邦)
  • 国名: ロシア連邦
  • 外国機関名: A. Tsyb Medical Research Center/National Medical Research Center
• [雑誌論文] Pathological observation of the effects of exposure to radioactive microparticles on experimental animals. (2022)
  • 著者名/発表者名: Shichijo K, Takatsuji T
  • 雑誌名: Journal of Radiation Research 巻: 63(S1) ページ: i26-i37
  • DOI: 10.1093/jrr/rrac045
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] External dose estimates of laboratory rats and mice during exposure to dispersed neutron-activated 56Mn powder. (2022)
  • 著者名/発表者名: Stepanenko V, Sato H, Fujimoto N, Shichijo K, Toyoda S, Kawano N, Endo S, Kaprin A, Ivanov S, Shegay P, Petukhov A
  • 雑誌名: Journal of Radiation Research 巻: 63(S1) ページ: i16-i20
  • DOI: 10.1093/jrr/rrac032
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Microdistribution of internal radiation dose in biological tissues exposed to 56Mn dioxide microparticles. (2022)
  • 著者名/発表者名: Stepanenko V, Kaprin A, Ivanov S, Shegay P, Viktoria B, Sato H, Shichijo K, Toyoda S, Kawano N, Ohtaki M, Fujimoto N, Endo S, Chaizhunusova N, Shabdarbaeva D, Zhumadilov K, Hoshi M
  • 雑誌名: Journal of Radiation Research 巻: 63(S1) ページ: i21-i25
  • DOI: 10.1093/jrr/rrac023
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] カザフスタンのウラン鉱山近郊の大気中のエアロゾルの収集と測定及び放射性微 粒子の生物影響(Title: Collection and measurement of atmospheric aerosols near uranium mines in Kazakhstan and studies of biological effects of radioactive microparticles) (2023)
  • 著者名/発表者名: M Hoshi, S Tokonami, Y Omori, A Sakaguchi, Y Onda, M Bakhtin, D Ibrayeva, M Aumalikova, Y Kashkinbayev, P Kazymbet, S Endo, N Fujimoto, N Kawano, S Toyoda, H Sato, K Shichijo, Z Serikov, A Klivenko, S Dyussembaev, A Zhumalina, K Zhumadilov, V Stepanenko
  • 学会等名: ERAN2022 年次報告会
  • 国際学会
• [学会発表] カザフスタンのウラン鉱山近郊の大気中のエアロゾルの収集と測定及び放射性微粒子の生物影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 星 正治、遠藤 暁、藤本成明、佐藤 斉、豊田 新、七條和子、床次眞司、大森康孝、坂口 綾、恩田裕一、Bakhtin V、Kazymbet P、Duyssembayev S、Zhumadilov K、Stepanenko V
  • 学会等名: 2022 年度 ERAN オンラインキックオフミーティング
  • 国際学会
• [備考] 長崎大学原爆後障害医療研究所 腫瘍・診断病理学研究分野（原研病理）
  • URL: https://www-sdc.med.nagasaki-u.ac.jp/pathology/index.html