電子情報工学専攻藤畑貴史磁界の生体への影響に関する研究がなされている磁界曝露を併用することにより抗がん剤や放射線の生体への作用が変化する抗がん剤治療において磁界の積極的な応用を目指している抗がん剤治療がん細胞が増殖し、正常細胞や生体機能を圧迫：抗がん剤抗がん剤を投与がん細胞を攻撃し、抗がん作用を得る正常細胞正常細胞へもダメージを与えるがん細胞磁界曝露によって副作用を軽減できる可能性がある正常細胞深刻な副作用を引き起こす抗がん剤マイトマイシンCの場合交流磁界によってマイトマイシンＣの作用を大きくするという結果がある非磁界曝露(Control) ：マイトマイシンC 磁界曝露(Exposure) マイトマイシンＣの量を減らせる少ない量でもControlと同様の効果磁界曝露正常細胞へのダメージを少なくできる正常細胞がん細胞正常細胞がん細胞磁界曝露により副作用を軽減することができる正常細胞正常細胞マイトマイシンＣの作用を2.5倍増強でき、投与量を60%減少できる交流磁界曝露によりマイトマイシンCの作用が増強した抗がん剤治療で数多くのがんに有効性を示すシスプラチンにおいても交流磁界曝露により作用が1.5倍増強した・他の抗がん剤における報告が少ない・作用メカニズムの解明がなされていない研究目的この増強における知見が少ない (1) 抗がん剤ブレオマイシンの作用への影響評価 (2) DNA修復機能への影響評価 (3) うず電流の影響評価 (1) 抗がん剤ブレオマイシンの作用への影響評価 (２) DNA修復機能への影響評価 (３) うず電流の影響評価交流磁界の影響でマイトマイシンＣ、シスプラチンの作用が増強された他の抗がん剤での効果があるか解明されていないブレオマイシンにおいて交流磁界の影響がある交流磁界によってどれだけ作用を増強できるかは分かっていない交流磁界によるブレオマイシンの作用の増強率の算出を行った交流磁界曝露条件は２つの抗がん剤においてもっとも効果があった磁束密度50 mT、周波数60 Hzで行ったブレオマイシン（Bleomycin：略号BLM）分子量：1487.47 主な特徴・がん細胞のＤＮＡ鎖を切断することで細胞増殖を抑制・反応過程に鉄イオンが関係している・交流磁界による影響があるヒトの細胞（×２/day） 100 mm 大腸菌 (×２48/day) 1 mm 参考：http://www.pref.hiroshima.lg.jp 参考： http://www.bdj.co.jp 大腸菌細胞を使用する理由・増殖サイクルが早く扱いやすい・人の細胞と同様に抗がん剤によりDNAダメージを受ける大腸菌液実験領域鉄心鉄心実験領域コイルコイル磁束密度が50 mT出力可能 :大腸菌ＬＢ溶液(培養液) :抗がん剤非磁界曝露 (Control) 磁界曝露 (Exposure) 抗がん剤により大腸菌死滅磁界曝露一定時間経過コロニー大腸菌プレーティング一晩培養固形培地生きている菌はコロニー形成 ControlとExposureのコロニー数を比較抗がん剤における交流磁界の影響を評価実験条件磁束密度：50 mT ブレオマイシン濃度：3、6、12 mg/ml 交流磁界周波数：60 Hz 実験回数：6回交流磁界曝露時間：１h ※ BLM：ブレオマイシン MF：Magnetic fields 実験条件磁束密度：50 mT ブレオマイシン濃度：3、6、12 mg/ml 交流磁界周波数：60 Hz 実験回数：6回交流磁界曝露時間：１h 0.5時間目 0.89 Exposureの生菌数存在比＝ Controlの生菌数＊＊ 0.79 0.61 値が１より小さい＝濃度が6、12 mg/mlにおいて交流磁界の影響でブレオマイシンの作用が増強された磁界によりブレオマイシンの効果増強＊：p < 0.05 ※ BLM：ブレオマイシン MF：Magnetic fields ブレオマイシンの作用がどれくらい増強されているかを算出する３ mg/ml 0.5時間目の生菌数減少率＝ 0時間目の生菌数３ mg/ml + MF ６ mg/ml Controlの減少率から近似線を引く６ mg/ml + MF １２ mg/ml １２ mg/ml + MF ブレオマイシンの作用が交流磁界によってどれだけ増強したかを算出 Bleomycin concentration (mg/ml) 3 6 12 Bleomycin concentration of exposure on approximate curve (mg/ml) Rate of increase the potency of bleomycin 3.87 7.01 15.12 1.29 1.17 1.26 ブレオマイシンの作用増強率は1.2倍交流磁界によるブレオマイシンの作用増強における濃度の依存は認められなかった (1) 抗がん剤ブレオマイシンの作用への影響評価 (２) DNA修復機能への影響評価 (３) うず電流の影響評価磁界の影響で抗がん剤の作用が増強磁界の影響がどこに影響しているかがいまだ解明されていない・細胞膜・抗がん剤自体・ＤＮＡ修復機能交流磁界によってDNA修復機能が弱まったという報告がある本研究における抗がん剤の作用の増強もこの現象が関係している可能性がある交流磁界のDNA修復機能への影響を評価するため２種類の大腸菌を使用した・ W3110 ・ JE5595 野生株の大腸菌ＤＮＡ修復機能の１つrecAが欠如している ※recAはDNA修復機能の代表的なものである磁界の影響で抗がん剤の作用が増強ＤＮＡ修復機能への影響によるものかは分からない Viable cell W3110のControl DNA修復機能への影響があることになる：抗がん剤効果＞修復機能：抗がん剤効果＜修復機能この２種類の大腸菌の抗がん剤投与後の増殖曲線を比較することにより交流磁界の DNA修復機能への影響を評価した JE5595のControl W3110のExposure ・交流磁界曝露条件は磁束密度50 mT、周波数60 Hzで行う・抗がん剤は多くのがんに有効性があり、効果の確認されているシスプラチンを使用した Reaction time シスプラチン（Cisplatin：略号CDDP） H3N 分子量：300.05 ＣｌＰｔ H3N Ｃｌ主な特徴・数多くのがんに有効性があり広く使われている・がん細胞のDNA鎖に架橋結合することにより細胞増殖を抑制・交流磁界により細胞毒性作用が上昇実験領域コイル実験条件大腸菌：W3110 交流磁界曝露時間：24 h 磁束密度：50 mT シスプラチン濃度：40 mg/ml 交流磁界周波数：60 Hz 実験回数：6回 ※ CDDP：シスプラチン MF：Magnetic fields ６時間目においてExposureの生菌数がControlの生菌数の50％になった６～24時間目までにおいてControlとExposureの増殖曲線に違いはなかった実験条件大腸菌：JE5595 交流磁界曝露時間：24 h 磁束密度：50 mT シスプラチン濃度：2.5 mg/ml 交流磁界周波数：60 Hz 実験回数：6回 ※ CDDP：シスプラチン MF：Magnetic fields ６時間目においてExposureの生菌数がControlの生菌数の20％になった６～24時間目までにおいてControlとExposureの増殖曲線に違いはなかった W3110 ＪＥ５５９５ DNA修復機能が主として働いている時間でのどちらの大腸菌における増殖曲線のControlとExposureに大きな違いはない交流磁界の抗がん剤投与後のDNA修復機能への影響はあまりない (1) 抗がん剤ブレオマイシンの作用への影響評価 (２) DNA修復機能への影響評価 (３) うず電流の影響評価交流磁界を曝露することにより抗がん剤の作用が増強交流磁界による何が影響しているか？交流磁界によって誘導されるうず電流が生体へ影響を与えたという報告がある抗がん剤の作用の増強においてもうず電流が関係している可能性があるうず電流差を生み出すプレートを作製し抗がん剤の作用におけるうず電流の影響を評価した・交流磁界曝露条件は磁束密度50 mT、周波数60 Hzで行った・抗がん剤は多くのがんに有効性があり、効果の確認されているシスプラチンを使用した実験領域うず電流検討用プレート実験領域鉄心コイル鉄心コイルＫうず電流検討用プレートにおいて一様な磁界が曝露されている Inner ring うず電流密度理論式 J   f r 径の違いを利用しうず電流差を作り出す実験条件周波数：60 Hz 磁束密度：50 mT 導電率：1.6 S/m Average of current density[A/m2] Ratio to inner ring Inner ring 3.77×10-2 1.0 Middle ring 27.1×10-2 7.2 Outer ring 57.3×10-2 15 Inner ringとのうず電流差が最大で15倍 Middle ring Outer ring Inner ring Middle ring Outer ring 実験条件磁束密度：50 mT シスプラチン濃度：2.5 mg/ml 交流磁界周波数：60 Hz 実験回数：6回交流磁界曝露時間：３ h Exposureの生菌数存在比＝ Controlの生菌数 0.38 0.45 0.46 値が１より小さい＝磁界によりシスプラチンの効果増強各ringにおいても交流磁界の影響でシスプラチンの効果が増強されている交流磁界による抗がん剤の作用においてうず電流の影響は少ないまとめブレオマイシンの作用・交流磁界を曝露することにより、ブレオマイシンの作用が1.2倍ほど上昇した・この効果の濃度への依存性はなかった交流磁界の曝露することでブレオマイシンの投与量を２０％減少できるマイトマイシンＣ、シスプラチンにおいても同様の傾向であり、この効果が患者ごとの抗がん剤の投与量の違いにも対応できることを示唆している DNA修復機能への影響評価・抗がん剤投与後のDNA修復機能への交流磁界の影響は小さかった抗がん剤の効きはじめに交流磁界の影響があるうず電流の影響評価・交流磁界によって誘導されるうず電流の抗がん剤作用の上昇への影響は少ない今後の課題・他の抗がん剤での検討抗がん剤それぞれの作用機序や分子量の違いからメカニズムの解明につなげる・作用メカニズムの解明ＤＮＡ修復機能以外への影響に関する評価・最適磁界条件の検討周波数、磁束密度を変化させての評価・ヒト培養細胞での検討臨床応用のためよりヒトに近い細胞での評価完 Anticancer drugs Rate of increase the potency Molecular weight Bleomycin 1.2 1487.47 Cisplatin 1.4 300.05 Mitomycin C 2.3 334.327 W3110 ＪＥ５５９５時間 CDDP only CDDP+MF 時間 CDDP only CDDP+MF 6-12 0.179943 0.350396 6-12 0.068217 -0.02417 12-18 0.826673 0.76704 12-18 0.147324 0.210822 18-24 0.240606 0.22734 18-24 0.28165 0.307649 W3110 ＪＥ５５９５ W3110 ＪＥ５５９５ CDDP only CDDP+MF W3110 0.4568 0.4801 JE5595 0.1639 0.1694 増殖曲線の近似線の傾きに違いがないことからもDNA修復機能への影響は少ない磁界なし DNA修復機能 W3110 recA1 H3N Ｐｔ H3N ＡＴＧＣＴＡＧＣＡＴＡＴ recA1 磁界あり recA1 DNA修復機能 JE5595:recA1が欠如 W3110 recA1 H3N Ｐｔ H3N ＡＴＧＣＴＡＧＣ H 3N Ｐｔ H 3N 磁界の影響でDNA修復機能の一部が機能しなくなるＡＴＡＴ交流磁界がDNA修復機能に影響を与えることになるＡＴＧＣＴＡＧＣＡＴＡＴブレオマイシンがん細胞 DNA ブレオマイシンが細胞内へ細胞内の鉄イオンを結合 O2 Fe2+ 交流磁界の影響を他の抗がん剤より受ける可能性がある DNAに結合酸素を活性化ＤＮＡ鎖を切断細胞増殖阻害シスプラチン細胞内に入る H3N ＣｌＰｔ H3N 細胞内の水分子と水和反応Ｃｌ H 2 O+ H 2 O+ がん細胞ＡＴＧＣＤＮＡＤＮＡ鎖に架橋結合複製を妨害ＴＡＧＣＡＴＡＴ細胞の増殖を抑制曲線がゆるやかになっている＝抗がん剤の効果が弱まっている抗がん剤の効果がはっきりしている時間での検討が必要 Inner ring Middle ring Outer ring 実験条件磁束密度：50 mT 交流磁界周波数：60 Hz シスプラチン濃度：2.5 mg/ml 実験回数：6回交流磁界曝露時間：6 h Inner ring Middle ring Outer ring ※ CDDP：シスプラチン MF：Magnetic fields Inner ring Middle ring Outer ring 実験条件磁束密度：50 mT 交流磁界周波数：60 Hz シスプラチン濃度：2.5 mg/ml 実験回数：6回交流磁界曝露時間：6 h ＊ Exposureの生菌数存在比＝ Controlの生菌数値が１より小さい＝磁界によりシスプラチンの効果増強＊：p < 0.05 他の抗がん剤での検討・他の抗がん剤でのこの効果の有効性・抗がん剤のそれぞれの作用機序や分子量の違いからメカニズムの解明につながる最適磁界条件の検討・より抗がん剤の作用が増強される磁界条件を検討し、臨床応用につなげるメカニズムの解明・どこに交流磁界の影響があり抗がん剤の作用が増強されるのかの検討し、この効果の有効性や安全性の実証臨床応用に向けて・大腸菌で得られたデータをもとにヒト培養細胞への影響の検討