内部被ばくによる幹細胞損傷の分子病理学的Patho-マイクロドジメトリ解析

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 21K10399
• 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): 2021-04-01 – 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 / 小腸 / 幹細胞

研究実績の概要

福島原発事故後10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社会的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ラットに及ぼす影響の三次元的空間分布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(微視的放射線量分布)との関連を検討すること(Patho-マイクロドジメトリ)にある。私達は、長崎原子爆弾の核燃料である239Pu由来のアルファ粒子飛跡を近距離被爆者の病理標本上に確認し、内部被ばくの科学的証拠を初めて示した。現在の評価法では、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が、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。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。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。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った結果、放射性微粒子周辺細胞における局所的な超高線量による初期事象の肺幹細胞損傷が重大病因に繋がる可能性を見出し論文化した。現在、幹細胞の存在が実証されている消化管を含めて幹細胞損傷と局所積算線量との関連性について検討し、病態解明を進めている。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

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曝線量を変えて実験し（Mn-56x1, x2, x3）病理標本を採取した。既存のラット内部被曝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曝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。線維化について弾性線維（エラスチン）と膠原繊維（コラーゲン）を染色した結果、内部被曝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内部被曝群では、肺にアポトーシス細胞が見られた。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であった。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。 以上について論文を作成後、国際学会(ヨーロッパ、ウイーン、2021)、研究会(大阪、2022)、シンポジウム(広島、2022)
で発表公開した。
３）小腸について論文作成中であるが新型コロナウイルス感染症感染拡大のため出張できず実験及び討論が不十分である。

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の データーベースを作成したので解析する。
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学会発表したので論文化する。
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Patho-マイクロドジメトリ－を基に検討する。標本の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い、学会、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。カザフスタン「XVII Radiation, Health」会議での発表と出張を外国旅費で、第5回島根-セメイ国際シンポジウム（島根大学）、東京大学つくば高エネ研究所出張を国内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。次年度にはカザフスタンで内部被ばく実験を行うための旅費に使用する予定である。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、データー解析および論文作成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(カザフスタン)
  • 国名: カザフスタン
  • 外国機関名: Semey State Medical University
• [国際共同研究] National Medical Research Center(ロシア連邦)
  • 国名: ロシア連邦
  • 外国機関名: National Medical Research Center
• [雑誌論文] Age-dependent effects on radiation-induced carcinogenesis in the rat thyroid (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsuyama M, Shichijo K, Matsuda K, Fujimoto N, Kondo H, Miura S, Kurashige T, Nagayama Y, Nakashima M
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 11 ページ: 19096
  • DOI: 10.1038/s41598-021-98481-z.
  • 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 粒子の影響研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 星 正治・佐藤 斉・遠藤 暁・藤本成明・七條和子
  • 学会等名: ERAN2021 年次報告会
• [学会発表] 放射性微粒子による内部被ばく実験 (2022)
  • 著者名/発表者名: 七條和子
  • 学会等名: 低線量被ばく問題研究会
• [学会発表] 長崎原爆による広範囲のフォールアウトの可能性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 高辻俊宏
  • 学会等名: 「低線量被ばく問題研究会」第7回研究会
• [学会発表] Pathological effects in relation to dose level after acute intake of neutron-activated 56Mn dioxide powder in Wistar rats. (2022)
  • 著者名/発表者名: Shichijo K, Takatsuji T
  • 学会等名: The 24th Hiroshima International Symposium "Research on radiation and its effects in Kazakhstan and other countries"
• [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影響研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 星 正治・佐藤 斉・遠藤 暁・藤本 成明・七條 和子・坂口 綾・恩田 裕一
  • 学会等名: 2021年度ERANオンラインキックオフミーティング
• [学会発表] アミノ酸混合物シスチン・テアニンのラットにおける放射線防護効果 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松山睦美、七條和子、土屋誉、中島正洋
  • 学会等名: 第５回放射線災害・医科学研究拠点カンファランス
• [学会発表] Impact of Local High Doses of Radiation by Neutron Activated Mn Dioxide Powder in Rat Lungs: Protracted Pathologic Damage Initiated by Internal Exposure (2021)
  • 著者名/発表者名: Shichijo K, Takatsuji T
  • 学会等名: European Society of Medicine CONGRESS
• [学会発表] Animal exposure experiments using Mn-56 dioxide radioactive microparticles. (2021)
  • 著者名/発表者名: Hoshi M, Chaizhunusova N, Zhumadilov K, Uzbekov D, Shabdarbaeva D, Kairkhanova Y, Amantaeva G, Ruslanova B, Apbassova M, Abishev Z, Baurzhan A, Saimova A, Sakakov M, Gnyrya VS, Vurim A, Azimkhanov A, Kolbayenkov A,Ohtaki M, Otani K, Fujimoto N, Shichijo K et al.
  • 学会等名: the XVII International scientific-practical conference "ECOLOGY. RADIATION.HEALTH"
• [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