光化学反応による腫瘍組織の血流遮断と殺細胞機序の解明

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14380410
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 南谷 晴之 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (70051779)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 末松 誠 慶應義塾大学, 医学部, 教授 (00206385) ; 永田 博司 慶應義塾大学, 医学部, 助教授 (00146599) ; 谷下 一夫 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (10101776)
• Keywords: 光線力学的治療 / 活性酸素 / アポトーシス / 血小板血栓 / 内皮細胞 / 癌細胞 / ポルフィリン / 共焦点レーザー顕微鏡

Research Abstract

本研究では、ZnコプロポルフィリンIII(ZnCPIII)やアミノレブリン酸(ALA)から誘導されるプロトポルフィリンIX(PPIX)などの光感受性物質を使い、その特定吸収波長のレーザーあるいはLED光照射による光線力学的治療(PDT)の殺細胞効果と血流遮断効果についてメカニズム解析を行った。光化学反応による腫瘍組織の血流遮断過程を血栓形成に関わる血小板及び白血球の活性化、各種血栓生成因子、血管内皮細胞との相互作用、ならびに組織・血中内の活性酸素産生に関して機能解析し、そのメカニズムを詳細に検討した。また、腫瘍組織内の赤血球の酸素代謝と活性酸素産生にともなう癌細胞の殺細胞過程を細胞質タンパクの切断、ミトコンドリアの酸化還元応答、核DNAの断片化、細胞死誘導メッセンジャとしてのCaイオン動態についてイメージング解析し、アポトーシスとネクローシスの細胞死、とくにアポトーシスに関するメカニズムについてFas, TNFなどDeath Receptor経路およびCa経路とそれらに起因するCaspase活性化について定量的な検討を行った。技術的には、生体顕微鏡の光軸にミラー・レンズ系を介してレーザー光源を結合するPDTシステムを構築した。組織や細胞の機能をイメージング解析するために蛍光・燐光分子プローブの励起用にArレーザー(波長488nm)とHe-Neレーザー(543nm)を併設した。腫瘍組織や種々の臓器内で流動する赤血球、白血球、血小板などの血流動態を可視化するために、これら血球細胞に固有の蛍光プローブ分子を標識し、励起光による蛍光イメージングによって各細胞の微小血管内のダイナミックスを可視化した。また、細胞や粗織中の酸素分圧・酸素濃度を非接触で計測するために、Pdポルフィリンを酸素プローブとして波長532nmのパルスレーザーで励起し、放射燐光の強度と寿命から局所の酸素分圧を計測するシステムを構成し、血流速度と酸素分圧の同時計測を可能にした。

Research Products

• [Publications] M.Takahshi, T.Nagao, Y.Imazeki, K.Matsuzaki, H.Minamitani: "Roles of reactive oxygen species in monocyte activation indued by photochemical reaction during photodynamic therapy"Frontiers of Biomedical Engineering. (in press). (2003)
• [Publications] M.Ishikawa, E.Sekizuka, C.Oshio, K.Tsukada, H.Minamitani: "Platelet adhesion and arterior dilation during photothrombosis -Observation with rat closed cranial and spinal windows"J. Neurological Science. 194・1. 59-69 (2002)
• [Publications] T.Nagao, K.Matsuzaki, Y.Imazeki, M.Takahashi, H.Minamitani: "Apoptotic signaling cascade of 5-aminolaevulinic acid-based photodynamic therapy in human promyelocytic leukemia HL-60 cells"J. Photoscience. 9・2. 509-511 (2002)
• [Publications] M.Takahashi, T.Nagao, K.Matsuzaki, H.Minamitani: "Photodynamically induced endothelial cell injury and neutrophil-like HL-6O adhesion"J. Photoscience. 9・2. 518-520 (2003)
• [Publications] Nagao, K.Matsuzaki, Y.Imazeki, M.Takahashi, H.Minamitani: "Quantitative analysis for intracellular distribution of a photosensitizer using confocal laser scanning microscope"IEICE Trans. Information and Systems. 85D・5. 152-159 (2002)
• [Publications] M.Takahashi, T.Nagao, Y.Imazeki, K.Matsuzaki, H.Minamitani: "Fluorescence image analysis for quantification of reactive oxygen species derived from monocytes activated by photochemical reaction"IEICE Trans. Information and Systems. 85D・5. 160-166 (2002)