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2020 年度 実績報告書

古代大気プラズマを用いた生体感受活性種と機能受容体のスクリーニング

研究課題

研究課題/領域番号 19K14698
研究機関東北大学

研究代表者

佐々木 渉太  東北大学, 工学研究科, 助教 (90823526)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
キーワード大気圧プラズマ / 活性種 / 過酸化亜硝酸 / カルシウムイオン / TRPチャネル
研究実績の概要

本研究では,数十億年間の大気組成で大部分を占めた窒素・酸素・二酸化炭素・硫黄化合物・水の混合気体中放電によって生成した大気分解活性種を細胞が感受する機構を明らかにすることを目的としており,最終年度は以下の研究成果を得た.
1.気相活性種組成・液相活性種組成・細胞内カルシウムイオン(Ca2+)シグナルの時系列データ取得:気相活性種の組成を,フーリエ変換赤外分光光度計によって定量するとともに,還流系活性種トラッピングシステムを用いて液相活性種濃度の時系列データを取得した.また,液相反応について,0次元化学反応シミュレーションを併用することで,測定困難な活性種濃度の時間変化を推定した.さらに,プラズマ処理溶液を,Ca2+指示薬であるFluo-4をローディングした培養細胞に添加して,細胞内Ca2+シグナルの時系列変化を細胞が生きたままに観測した.上記の時系列データにより,Ca2+応答の誘導因子が,低濃度(< 1 μM)でありながら長時間(数分以上)にわたって持続する過酸化亜硝酸の暴露であることを見出した.
2.機能受容体の同定:プラズマ処理溶液に対して,強いCa2+応答を示す細胞株におけるsiRNAを用いたノックダウン実験とCa2+応答を示さない細胞株への特定受容体チャネルの異所性発現を通して,TRPA1及びTRPV1チャネルの関与を明らかにした.さらに,TRPA1/TRPV1変異株を用いることで,プラズマ処理溶液添加の場合,既存のアゴニスト(活性薬)とは異なるメカニズムで,受容体チャネルが活性化されていることを実験的に示した.
上記より,大気分解活性種が起点となり生理食塩水中での活性種反応系が発達し,その特異な反応系によって細胞に供給される低濃度・長時間の過酸化亜硝酸によって,細胞膜上のTRPA1/TRPV1が活性化し,Ca2+シグナルを誘導するという一連の流れが浮かび上がった.

  • 研究成果

    (30件)

すべて 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 7件、 招待講演 7件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Portable Plasma Device for Electric N2O5 Production from Air2021

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

      Industrial & Engineering Chemistry Research

      巻: 60 ページ: 798-801

    • DOI

      10.1021/acs.iecr.0c04915

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Continuous release of O2-/ONOO- in plasma-exposed HEPES-buffered saline promotes TRP channel-mediated uptake of a large cation2020

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

      Plasma Processes and Polymers

      巻: 17 ページ: e1900257-1-10

    • DOI

      10.1002/ppap.201900257

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] TRPA1 and TRPV1 channels participate in atmospheric-pressure plasma-induced [Ca2+]i response2020

    • 著者名/発表者名
      M. Kawase,W. Chen,K. Kawaguchi,M. R. Nyasha,S. Sasaki,H. Hatakeyama,T. Kaneko,and M. Kanzaki
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 ページ: 9687-1-11

    • DOI

      10.1038/s41598-020-66510-y

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Liquid spray transport of air-plasma-generated reactive species toward plant disease management2020

    • 著者名/発表者名
      K. Takashima,Y. Hu,T. Goto,S. Sasaki,and T. Kaneko
    • 雑誌名

      Journal of Physics D: Applied Physics

      巻: 53 ページ: 354004-1-10

    • DOI

      10.1088/1361-6463/ab87bd

    • 査読あり
  • [学会発表] 高速液流導入大気圧プラズマと反応拡散モデルの併用による液相OH分布の解明2021

    • 著者名/発表者名
      武田 一希,佐々木 渉太,本田 竜介,高島 圭介,金子 俊郎
    • 学会等名
      The 38th Symposium on Plasma Processing / The 33rd Symposium on Plasma Science for Materials
  • [学会発表] Plant Pathogen Control Using Direct Spray of Solution Contacting Plasma or Plasma Effluent Gas2021

    • 著者名/発表者名
      T. Kaneko,K. Takashima,and S. Sasaki
    • 学会等名
      3rd International Workshop on Plasma Agriculture
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 活性種精密制御空気プラズマ源の開発とその応用2021

    • 著者名/発表者名
      佐々木 渉太,高島 圭介,金子 俊郎
    • 学会等名
      仙台“プラズマフォーラム”
    • 招待講演
  • [学会発表] 大気圧プラズマにおける活性種選択生成2021

    • 著者名/発表者名
      佐々木 渉太,高島 圭介,金子 俊郎
    • 学会等名
      令和2年度 東北大学電気通信研究所 共同プロジェクト研究会
    • 招待講演
  • [学会発表] Investigation on Interaction of N2O5-rich Plasma Effluent Gas with Tyrosine2021

    • 著者名/発表者名
      S. Sasaki,K. Takashima,and T. Kaneko
    • 学会等名
      13th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials 14th International Conference on Plasma-Nano Technology & Sciense
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Plasma Generated Functional Nitrogen for Material and Biological Applications2021

    • 著者名/発表者名
      T. Kaneko,S. Sasaki,and K. Takashima
    • 学会等名
      13th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials 14th International Conference on Plasma-Nano Technology & Sciense
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Controlled Synthesis of Short-Lived Reactive Species Using Gas-Liquid Interfacial Plasmas for Sterilization and Virus Inactivation2021

    • 著者名/発表者名
      T. Kaneko,K. Takashima,S. Sasaki,S. Ando,H. Takahashi,S. Osana,and R. Nagatomi
    • 学会等名
      13th International Symposium on Advanced Plasma Science and its Applications for Nitrides and Nanomaterials 14th International Conference on Plasma-Nano Technology & Sciense
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 空気誘電体バリア放電プラズマによる五酸化二窒素の選択生成2021

    • 著者名/発表者名
      高島 圭介,佐々木 渉太,金子 俊郎
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 空気プラズマを用いたアミノ酸改質における五酸化二窒素の役割2021

    • 著者名/発表者名
      佐々木 渉太,高島 圭介,金子 俊郎
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 液相中プラズマを活用した遺伝子導入法開発に関する研究2021

    • 著者名/発表者名
      本田 竜介,佐々木 渉太,髙島 圭介,神崎 展,佐藤 岳彦,金子 俊郎
    • 学会等名
      第68回応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] Elucidation on Temporal-Spatial Distribution of Liquid-phase OH Radical Using High-speed Liquid Flow Passing through Atmospheric-pressure Plasma2020

    • 著者名/発表者名
      K. Takeda,S. Sasaki,R. Honda,K. Takashima,and T. Kaneko
    • 学会等名
      2020年度電気関係学会東北支部連合大会
  • [学会発表] プラズマ-高速液流界面における短寿命活性種の輸送モデル2020

    • 著者名/発表者名
      金子 俊郎,羅 文承,髙島 圭介,佐々木 渉太
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
  • [学会発表] 大気圧ヘリウムプラズマで処理したアミノ酸溶液の成分分析2020

    • 著者名/発表者名
      柳澤 真穂,佐々木 渉太,金子 俊郎
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 液相中プラズマを活用した中分子・遺伝子の高効率導入2020

    • 著者名/発表者名
      本田 竜介,佐々木 渉太,髙島 圭介,神崎 展,佐藤 岳彦,金子 俊郎
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 高速液流導入大気圧プラズマが明らかにする液相OH の表面局在2020

    • 著者名/発表者名
      武田 一希,佐々木 渉太,本田 竜介,高島 圭介,金子 俊郎
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 高速液流-プラズマ界面における液相水酸基ラジカルの局在領域に関する積分量2020

    • 著者名/発表者名
      髙島 圭介,佐々木 渉太,金子 俊郎
    • 学会等名
      第81回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] Roles of Plasma-generated Reactive Species in Amino Acids Modification2020

    • 著者名/発表者名
      S. Sasaki,M. Yanagisawa,K. Takashima,and T. Kaneko
    • 学会等名
      The 73rd Annual Gaseous Electronics Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Gas-liquid Interfacial Plasma Using High-speed Liquid Flow for Analyzing Short-lived Reactive Species Transport2020

    • 著者名/発表者名
      T. Kaneko,K. Takeda,K. Takashima,and S. Sasaki
    • 学会等名
      The 73rd Annual Gaseous Electronics Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] Direct spray of solution containing short-lived reactive species for plant pathogen control2020

    • 著者名/発表者名
      T. Kaneko,S. Sasaki,and K. Takashima
    • 学会等名
      4th Asia Pacific Conference on Plasma Physics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 活性窒素種精密制御プラズマ源を用いたアミノ酸の化学修飾2020

    • 著者名/発表者名
      佐々木 渉太,高島 圭介,金子 俊郎
    • 学会等名
      第37回 プラズマ・核融合学会 年会
  • [学会発表] 高効率な細胞内分子導入における液相中プラズマの活用2020

    • 著者名/発表者名
      本田 竜介,佐々木 渉太,髙島 圭介,神崎 展,佐藤 岳彦,金子 俊郎
    • 学会等名
      第37回 プラズマ・核融合学会 年会
  • [学会発表] プラズマ-高速液流界面を介した短寿命活性種の生成と輸送2020

    • 著者名/発表者名
      金子 俊郎,武田 一希,高島 圭介,佐々木 渉太
    • 学会等名
      第37回 プラズマ・核融合学会 年会
  • [学会発表] プラズマ生成活性種によって処理されたアミノ酸溶液の成分分析2020

    • 著者名/発表者名
      柳澤 真穂,佐々木 渉太,金子 俊郎
    • 学会等名
      第30回日本MRS年次大会
  • [学会発表] 高速液流導入プラズマによる液相OHラジカル分布の推定2020

    • 著者名/発表者名
      武田 一希,佐々木 渉太,本田 竜介,高島 圭介,金子 俊郎
    • 学会等名
      第30回日本MRS年次大会
  • [備考] 東北大学大学院工学研究科 金子・加藤研究室

    • URL

      https://www.ecei.tohoku.ac.jp/plasma/

  • [産業財産権] 五酸化二窒素生成装置および五酸化二窒素生成方法2020

    • 発明者名
      金子 俊郎,高島 圭介,佐々木 渉太
    • 権利者名
      金子 俊郎,高島 圭介,佐々木 渉太
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2020-134560

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公開日: 2021-12-27  

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