A-8 　抗がん剤ブレオマイシンとシスプラチンの細胞毒性作用における交流磁界の影響評価

A-8　抗がん剤ブレオマイシンとシスプラチンの細胞毒性作用における交流磁界の影響評価A-8　抗がん剤ブレオマイシンとシスプラチンの細胞毒性作用における交流磁界の影響評価電子情報工学専攻藤畑　貴史

研究背景、研究目的

がん細胞 研究背景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

がん細胞 がん細胞磁界曝露による抗がん剤の副作用軽減方法：マイトマイシンC 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) 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正常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

研究目的 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この増強における知見が少ない研究目的 (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

研究目的 (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）　ブレオマイシンの作用への影響評価 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

抗がん剤ブレオマイシン 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

実験対象：大腸菌 （×２/day）ヒトの細胞大腸菌 (×２48/day) 1 mm 100 mm 参考： http://www.bdj.co.jp 参考：http://www.pref.hiroshima.lg.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

60 Hz交流磁界発生装置 大腸菌液実験領域鉄心鉄心コイルコイル実験領域磁束密度が50 mT出力可能

抗がん剤の作用における交流磁界の影響評価の実験方法抗がん剤の作用における交流磁界の影響評価の実験方法抗がん剤により大腸菌死滅 :大腸菌ＬＢ溶液(培養液) :抗がん剤非磁界曝露 (Control) 磁界曝露 (Exposure) 磁界曝露一定時間経過大腸菌コロニープレーティング一晩培養生きている菌はコロニー形成固形培地 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

ブレオマイシンにおける交流磁界の影響評価結果ブレオマイシンにおける交流磁界の影響評価結果

ブレオマイシンの作用における交流磁界の影響測定結果ブレオマイシンの作用における交流磁界の影響測定結果実験条件ブレオマイシン濃度：3、6、12 mg/ml 磁束密度：50 mT 実験回数：6回交流磁界周波数：60 Hz 交流磁界曝露時間：１h ※ BLM：ブレオマイシン　 MF：Magnetic fields

ブレオマイシンの作用における交流磁界の影響測定結果ブレオマイシンの作用における交流磁界の影響測定結果実験条件ブレオマイシン濃度：3、6、12 mg/ml 磁束密度：50 mT 交流磁界周波数：60 Hz 実験回数：6回交流磁界曝露時間：１h Exposureの生菌数存在比＝ 0.5時間目 Controlの生菌数＊＊ 0.89 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 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 ※ BLM：ブレオマイシン　 MF：Magnetic fields

ブレオマイシンの作用増強率の算出 ３ mg/ml ３ mg/ml + MF ６ mg/ml 0.5時間目の生菌数 Controlの減少率から近似線を引く６ mg/ml + MF 減少率＝ 0時間目の生菌数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

（２）DNA修復機能への影響評価 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

（２）ＤＮＡ修復機能への影響評価 野生株の大腸菌・　W3110 ＤＮＡ修復機能の１つrecAが欠如している・　JE5595 ※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 W3110のControl DNA修復機能への影響があることになる Viable cell ：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：抗がん剤効果＜修復機能 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

抗がん剤シスプラチン H3N シスプラチン（Cisplatin：略号CDDP）分子量：300.05 Ｃｌ主な特徴Ｐｔ H3N Ｃｌ・　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

60 Hz交流磁界発生装置 実験領域コイル

DNA修復機能への影響評価

ＤＮＡ修復機能への影響評価結果 実験条件交流磁界曝露時間：24 h 大腸菌：W3110 シスプラチン濃度：40 mg/ml 磁束密度：50 mT 実験回数：6回交流磁界周波数：60 Hz ※ 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

ＤＮＡ修復機能への影響評価結果 実験条件交流磁界曝露時間：24 h 大腸菌：JE5595 シスプラチン濃度：2.5 mg/ml 磁束密度：50 mT 実験回数：6回交流磁界周波数：60 Hz ※ 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

ＤＮＡ修復機能への影響 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

(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

60 Hz交流磁界発生装置 実験領域うず電流検討用プレート実験領域鉄心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

うず電流検討用プレート Inner ring Middle ring Outer ring うず電流密度理論式 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 Inner ringとのうず電流差が最大で15倍

うず電流の影響評価結果

うず電流影響評価結果 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 実験回数：6回交流磁界周波数：60 Hz 交流磁界曝露時間：３ h Exposureの生菌数存在比＝ Controlの生菌数 0.46 0.45 0.38 値が１より小さい各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＝磁界によりシスプラチンの効果増強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

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

抗がん剤の比較

ＤＮＡ修復機能（傾きでの検討） W3110 ＪＥ５５９５

ＤＮＡ修復機能(曲線) W3110 ＪＥ５５９５

ＤＮＡ修復機能（近似線の傾きで検討） W3110 ＪＥ５５９５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

ＤＮＡ修復機能と交流磁界 磁界なし H3N DNA修復機能ＧＧＰｔ W3110 recA1 recA1 ＡＡＡＡ H3N ＴＴＴＴＣＣ

ＤＮＡ修復機能と交流磁界 H3N H3N 磁界あり DNA修復機能ＧＧＧＧＰｔＰｔ W3110 recA1 recA1 JE5595:recA1が欠如ＡＡＡＡＡＡＡＡ H3N H3N ＴＴＴＴＴＴＴＴＣＣＣＣ磁界の影響でDNA修復機能の一部が機能しなくなる交流磁界がDNA修復機能に影響を与えることになる

抗がん剤ブレオマイシン（作用機序） がん細胞ブレオマイシンが細胞内へ DNA 細胞内の鉄イオンを結合 O2 DNAに結合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酸素を活性化 Fe2+ ブレオマイシンＤＮＡ鎖を切断細胞増殖阻害　　

抗がん剤シスプラチン（作用機序） シスプラチン H3N 細胞内に入るＣｌＧＧＰｔＡＡＡＡ H3N 細胞内の水分子と水和反応ＣｌＴＴＴＴがん細胞ＤＮＡ鎖に架橋結合ＤＮＡＣＣ H2O+ 複製を妨害 H2O+ 細胞の増殖を抑制

シスプラチンの作用の時間変化 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

うず電流評価結果 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 実験回数：6回交流磁界周波数：60 Hz 交流磁界曝露時間：6 h Outer ring Middle ring Inner ring ※ CDDP：シスプラチン MF：Magnetic fields

うず電流評価結果 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 実験回数：6回交流磁界周波数：60 Hz ＊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

今後の課題 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

A-8 抗がん剤ブレオマイシンとシスプラチンの 細胞毒性作用における交流磁界の影響評価