骨髄幹細胞の粒子線障害に対するNOを介した細胞競合による組織再生能維持機構の解明

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H03620
• 研究機関: 福井大学
• 研究代表者: 松本 英樹 福井大学, 学術研究院医学系部門, 准教授 (40142377)
• 研究分担者: 前田 宗利 公益財団法人若狭湾エネルギー研究センター, 研究開発部, 主任研究員 (20537055) ; 平山 亮一 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 重粒子線治療研究部, 主任研究員(定常) (90435701)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 骨髄幹細胞 / 粒子線 / 細胞競合 / 組織修復

研究実績の概要

本研究は、粒子線がん治療における正常骨髄の粒子線被ばくの安全性を実証するために、骨髄幹細胞の粒子線障害に対する組織再生維持機構を解明することを目的として実施された。
C57BLマウス（7週齢、雄）を拘束バッグに収納し、アクリルボードにテープで固定した。X線は福井大学ライフサイエンス支援センター・生物資源部門のX線照射装置を、炭素線は量研機構の医療用重粒子線加速器（HIMAC）を利用して、0.01 ～ 10.0 Gy単回全身照射した。照射後1、7および14日目にマウスから大腿骨を摘出し、骨髄細胞分画を調製し、MethoCult培地で培養し、形成されたコロニー数を計数することにより骨髄幹細胞の生存率を解析した。
(1)照射1日後の骨髄幹細胞の生存率：X線あるいは炭素線照射1日後の骨髄幹細胞の生存率曲線は、0.5 Gyまでに低線量超高感受性を示し、その後指数関数的に生存率が低下した。(2)照射7日後の骨髄幹細胞の生存率：X線あるいは炭素線照射7日後の骨髄幹細胞の生存率曲線は、照射1日後と同様に0.5 Gyまでに低線量超高感受性を示し、その後指数関数的に生存率が低下した。 (3)照射14日後の骨髄幹細胞の生存率：X線あるいは炭素線照射14日後の骨髄幹細胞の生存率曲線は、0.3 Gyまでにわずかな低線量超高感受性を示し、X線あるいは炭素線共に3 Gyまでの生存率は100%となり、5 Gyでの生存率は、それぞれ約80%あるいは約60%、10 Gyでの生存率は、それぞれ約20%あるいは約10%の生存率であった。
以上の結果から、照射直後にDNA損傷応答機構が稼働していないこと、および損傷骨髄幹細胞の排除/新生骨髄幹細胞の置換によって骨髄組織の再生が行われていることが示唆された。

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

2020年度の研究実施計画と研究実績とを照らし合わせると、陽子線照射実験はマシンタイムを確保することができず、実施できなかったが、炭素線照射実験およびX線照射実験は実施することができ、DNA損傷修復動態の解析以外は研究実績を得ることができた。

今後の研究の推進方策

1.炭素線およびX線照射実験において、骨髄幹細胞のDNA損傷修復動態の解析を実施する。
2.炭素線およびX線照射実験において、骨髄幹細胞の細胞周期の動態解析を実施する。
3.炭素線およびX線照射実験において、骨髄幹細胞の遺伝子発現の網羅的解析を実施する。
4.陽子線照射実験において、骨髄幹細胞の生存率解析およびアポトーシス誘導動態の解析を実施する。
5.陽子線照射実験において、骨髄幹細胞のDNA損傷修復動態の解析を実施する。

研究成果

• [雑誌論文] A potential renewed use of very heavy ions for therapy: Neon minibeam radiation therapy. (2021)
  • 著者名/発表者名: Prezado Y, Hirayama R, Matsufuji N, Inaniwa T, Martinez-Rovira I, Seksek O, Bertho A, Koike S, Labiod D, Pouzoulet F, Polledo L, Warfving N, Liens A, Bergs J, Shimokawa T.
  • 雑誌名: Cancers (Basel) 巻: 13 ページ: 1356
  • DOI: 10.3390/cancers13061356.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Health effects triggered by tritium: How do we get public understanding based on scientifically supported evidence? (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto H, Shimada Y, Nakamura AJ, Usami N, Ojima M, Kakinuma S, Shimada M, Sunaoshi M, Hirayama R, Tauchi H.
  • 雑誌名: J Radiat Res 巻: in press ページ: 1
  • DOI: 10.1093/jrr/rrab029.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Lethal DNA lesions caused by direct and indirect actions of X-rays are repaired via different DSB repair pathways under aerobic and anoxic conditions. (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirayama R, Ito A, Uzawa A, Matsumoto Y, Noguchi M, Li H, Suzuki M, Ando K, Okayasu R, Hasegawa S, Furusawa Y.
  • 雑誌名: Radiat Res 巻: in press ページ: 1
  • DOI: 10.1667/RADE-20-00235.1.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of gold nanoparticle radiosensitization on plasmid DNA damage induced by high-dose-rate brachytherapy. (2021)
  • 著者名/発表者名: Yogo K, Misawa M, Shimizu M, Shimizu H, Kitagawa T, Hirayama R, Ishiyama H, Furukawa T, Yasuda H.
  • 雑誌名: Int J Nanomed 巻: 14 ページ: 359-370
  • DOI: 10.2147/IJN.S292105. eCollection 2021.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Green one-step synthesis of medical nanoagents for advanced radiation therapy. (2020)
  • 著者名/発表者名: Salad-Leza D, Porcel E, Yang X, Stefancikova L, Bolsa-Ferruz M, Savina F, Dragoe D, Guerquin-Kern J-L, Wu T, Hirayama R, Remita H, Locombe S.
  • 雑誌名: Nanotech Sci Appl 巻: 13 ページ: 61-76
  • DOI: 10.2147/NSA.S257392. eCollection 2020.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dual aspect of radioenhancers and free radical scavenger. (2020)
  • 著者名/発表者名: Le Sech C, Hirayama R.
  • 雑誌名: Free Radic Biol Med 巻: 159 ページ: 103-106
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2020.06.019.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Potential mechanisms for protective effect of D-methionine on plasmid DNA damage induced by therapeutic carbon ions. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yogo K, Murayama C, Fujisawa Y, Maeyama T, Hirayama R, Ogawa Y, Matsumoto K, Nakanishi I, Yasuda H, Ishikawa H, Hayakawa K.
  • 雑誌名: Radiat Res 巻: 193 ページ: 513-519
  • DOI: 10.1667/RR15502.1.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Combination of Agents Modifying Effects in Hadrontherapy: Modelization of the role of HO° free radicals. (2020)
  • 著者名/発表者名: Usami N, Hirayama R, Kobayashi K, Furusawa Y, Le Sech C.
  • 雑誌名: Int J Radiat Biol 巻: 96 ページ: 622-627
  • DOI: 10.1080/09553002.2020.1721594. Epub 2020 Feb 6.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Direct observation of damage clustering in irradiated DNA with atomic force microscopy. (2020)
  • 著者名/発表者名: Xu X, Nakano T, Tsuda M, Kanamoto R, Hirayama R, Uzawa A, Ide H.
  • 雑誌名: Nucl Acids Res 巻: 48 ページ: e18
  • DOI: 10.1093/nar/gkz1159.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Current status and prospects of the research using energetic ion beams at the Wakasa Wan Energy Research Center. (2020)
  • 著者名/発表者名: Iwase A, Hatori S, Kurita T, kume K, Maeda M, Takagi K, Hatashita M, Ishigami R, Suzuki K.
  • 雑誌名: Transactions of the Materials Research Society of Japan 巻: 45 ページ: 89-96
  • DOI: 10.14723/tmrsj.45.89.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enhanced cell inactivation and double-strand break induction in V79 Chinese hamster cells by monochromatic X-rays at phosphorus K-shell absorption peak. (2020)
  • 著者名/発表者名: Konishi T, Yoshihara D, Maeda M, Ohsawa D, Usami N, Hieda K.
  • 雑誌名: Quantum Beam Sci 巻: 4 ページ: 38
  • DOI: 10.3390/qubs4040038.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 細胞への放射線照射によってDNA中に生じた損傷の可視化. (2020)
  • 著者名/発表者名: 中野敏彰、赤松 憲、鹿園直哉、平山亮一、玉田太郎、廣本武史
  • 学会等名: 量子生命科学会第2回大会
• [学会発表] 重イオン線トラックによるDNA酸化損傷領域の蛍光抗体法による定量化：バックグラウンド低減処理による改善. (2020)
  • 著者名/発表者名: 浦野建太、伊藤 敦、高野勇貴、吉田茂生、平山亮一、古澤佳也、舟山知夫、横田裕一郎
  • 学会等名: QST高崎サイエンスフェスタ2020
• [学会発表] Micronucleus formation by X-ray in CHO cells in hypoxia. (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirayama R, Tabrez-Ahmed-Takano Y, Uzawa A, Hasegawa S.
  • 学会等名: 日本放射線影響学会第63回大会
• [学会発表] Analysis of track structure using 8-OHdG in DNA sheet irradiated with heavy ions under oxic and hypoxic conditions. (2020)
  • 著者名/発表者名: Tabrez-Ahmed-Takano Y, Urano K, Ito A, Ouchi F, Hirayama R, Furusawa Y, Funayama T, Yokota Y.
  • 学会等名: 日本放射線影響学会第63回大会
• [学会発表] Quantitative estimation of low-LET penumbra area induced by heavy ion particles using OH radical induced guanine damage (8-OHdG): Further analysis including background noise reduction process. (2020)
  • 著者名/発表者名: Urano K, Ito A, Takano Y, Ouchi F, Hirayama R, Furusawa Y, Funayama T, Yokota Y.
  • 学会等名: 日本放射線影響学会第63回大会
• [学会発表] Time course up to one year of mouse skin shrinkage and cell survival parameters after therapeutic carbon ion beams. (2020)
  • 著者名/発表者名: Ando K, Koike S, Matsufuji N, Hirayama R, Yoshida Y.
  • 学会等名: 日本放射線影響学会第63回大会
• [学会発表] Irradiation sequence in combined radiation exposure modifies the cellular radiosensitivity. (2020)
  • 著者名/発表者名: Maeda M, Maeda M, Matsumoto H, Tomita M, Kume K.
  • 学会等名: 日本放射線影響学会第63回大会
• [学会発表] 粒子線がん治療の高度化を目指したエネ研における医療分野の取組み－エネ研粒子線医療研究の過去・現在・未来－ (2020)
  • 著者名/発表者名: 前田宗利
  • 学会等名: 公益財団法人若狭湾エネルギー研究センター第22回研究報告会
• [学会発表] 陽子線頭頚部がん治療時に発症する放射線性口腔粘膜障害を克服できるか？ (2020)
  • 著者名/発表者名: 松本英樹、前田宗利
  • 学会等名: 公益財団法人若狭湾エネルギー研究センター第22回研究報告会
• [学会発表] Lysophosphatidyl acid is involvedin radiation brain necrosis throughchronic microglial activation. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kondo N, Sakurai Y, Kano K, Takata T, Kume K, Maeda M, Setou M, Aoki J, Suzuki M.
  • 学会等名: 日本放射線腫瘍学会第33回学術大会
• [図書] 第1種放射線取扱主任者試験マスター・ノート 4th Edition (2021)
  • 著者名/発表者名: 波戸芳仁、萩原雅之、横田繁昭、平山亮一、加藤真介、佐藤斉、井上一雅
  • 総ページ数: 404
  • 出版者: メジカルビュー社
  • ISBN: 978-4-7583-2037-5