ナノマテリアルの遺伝毒性及び発がん性に関する研究

文献情報

• 文献番号: 201035007A
• 報告書区分: 総括
• 研究課題名: ナノマテリアルの遺伝毒性及び発がん性に関する研究
• 課題番号: H20-化学・一般-007
• 研究年度: 平成22(2010)年度
• 研究代表者(所属機関): 戸塚 ゆ加里(独立行政法人 国立がん研究センター研究所 がん予防基礎研究プロジェクト)

研究分担者(所属機関)

• 葛西　宏(産業医科大学　職業性腫瘍学)
• 渡邉　昌俊(横浜国立大学大学院　工学研究院医工学)
• 中江　大(東京都健康安全研究センター　 環境保健部 )
• 増田　修一(静岡県立大学 　食品栄養科学部 )
• 川西　優喜(大阪府立大学産学官連携機構・先端科学イノベーションセンター)

• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 健康安全確保総合研究分野 化学物質リスク研究
• 研究開始年度: 平成20(2008)年度
• 研究終了予定年度: 平成22(2010)年度
• 研究費: 32,740,000円
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

化粧品や商業用品等に頻繁に用いられている種々のナノマテリアル（フラーレン、カオリン、カーボンブラック、酸化チタン、マグネタイト等）および将来的に商業用品等への応用が期待されるナノマテリアル（カーボンナノチューブ）の遺伝毒性や発がん性についてin vitro及びin vivo実験系を用いて検討した。

研究方法

細胞における各種ナノ粒子曝露の影響について、in vitro系で遺伝子発現解析及び各種DNA修復系欠損株のナノマテリアルに対する感受性について検討した。ナノマテリアルを気管内投与されたマウス肺組織における酸化ストレス由来のDNA付加体の生成を調べた。また、産地の異なるカオリンの肺における DNA 損傷性をコメットアッセイを用いて評価した。多層カーボンナノチューブ(MWCNT)及びマグネタイトの遺伝毒性を、トランスジェニックマウスを用いて検討した。さらに、マグネタイトの単回気管内スプレー投与によるラットの急性毒性試験を行った。

結果と考察

ある種のナノマテリアルではヒト細胞の種類により細胞傷害の程度に違いがあり、抗酸化、修復にかかわる遺伝子発現の変化が影響するものと考えられた。塩基除去修復と非相同末端結合欠損株は野性株に比べ MWCNT に感受性であり、細胞に塩基損傷や DNA 二重鎖切断を誘発することを示唆した。ナノマテリアルをマウスの気管内に投与すると、8-oxo-dG、HεdA などの DNA 付加体量が増加した。産地の異なるカオリンでは、コメットアッセイによるDNA 損傷性に差があることがわかった。マグネタイトをラットに気管内スプレーにより反復投与して慢性毒性試験を行い、その結果、肺の炎症反応・Ⅱ型肺胞上皮の腫大・肉芽形成・細気管支/肺胞上皮の過形成などが認められ、最大無毒性量（NOAEL）が雌雄とも0.2 mg/kg体重であった。

結論

ナノマテリアルにより遺伝子発現変化をともなう酸化ストレスおよび炎症反応が惹起され、 ROSなどの内因性の活性種が DNA 損傷を生じることで遺伝毒性を誘発している可能性が示唆された。

公開日・更新日

• 公開日: 2011-08-03
• 更新日: -

文献情報

• 文献番号: 201035007B
• 報告書区分: 総合
• 研究課題名: ナノマテリアルの遺伝毒性及び発がん性に関する研究
• 課題番号: H20-化学・一般-007
• 研究年度: 平成22(2010)年度
• 研究代表者(所属機関): 戸塚 ゆ加里(独立行政法人 国立がん研究センター研究所 がん予防基礎研究プロジェクト)

研究分担者(所属機関)

• 葛西　宏(産業医科大学　職業性腫瘍学)
• 渡辺　昌俊(横浜国立大学大学院　工学研究院医工学)
• 中江　大(東京都健康安全研究センター　 環境保健部 )
• 増田　修一(静岡県立大学 　食品栄養科学部 )
• 川西　優喜(大阪府立大学産学官連携機構・先端科学イノベーションセンター)
• 市瀬　孝道(大分県立看護科学大学 　看護学部 )

• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 健康安全確保総合研究分野 化学物質リスク研究
• 研究開始年度: 平成20(2008)年度
• 研究終了予定年度: 平成22(2010)年度
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

化粧品や商業用品等に使用されている種々のナノマテリアル [カーボンブラック (CB)、フラーレン (C60)、カオリン、マグネタイト、多層カーボンナノチューブ (MWCNT)、金属ナノマテリアル] の遺伝毒性及び発がん性について in vivo および in vitro 実験系を用いて検討した。

研究方法

細胞における各種ナノ粒子曝露の影響について、in vitro系で細胞生存率，ROS生成，8-OHdG検出，apoptosis，遺伝子発現解析及び各種DNA修復系欠損株のナノマテリアルに対する感受性について検討した。ナノマテリアルを気管内投与されたマウス肺組織におけるDNA損傷性及び酸化ストレス由来のDNA付加体の生成を調べた。また、産地の異なるカオリンの肺における DNA 損傷性をコメットアッセイを用いて評価した。各種ナノマテリアルの遺伝毒性を、トランスジェニックマウスを用いて検討した。さらに、ICR系雄マウスを用いてフラーレン、カオリン、カーボンブラックの肺に対する発がん性、マグネタイトの単回気管内スプレー投与によるラットの急性毒性試験を行った。

結果と考察

ナノマテリアルはCHO細胞に小核と姉妹染色分体交換を誘導し、抗酸化剤が小核頻度を減少させる事から遺伝毒性に活性酸素種の関与が示唆された。また、各種ナノマテリアルをマウス気管内に投与すると肺に酸化ストレス関連 DNA 付加体が顕著に増加した。更に、産地の異なるカオリンでは遺伝毒性が異なることを確認した。各種ナノマテリアルの気管内投与で gpt の変異頻度がコントロールと比較して顕著に上昇した。ラットにおける気管内スプレー投与によるマグネタイトの急性および慢性毒性試験を行った。その結果、急性毒性試験の無影響量（NOEL）は雌雄とも5.0 mg/kg体重未満で、慢性毒性試験の最大無毒性量（NOAEL）は雌雄とも0.2 mg/kg体重であった。カオリン、C60、CBを、5 回気管内投与し、15 ヶ月目に屠殺した。その結果、生存マウスの肺の総腫瘍発生率は対照群が 38%、そのうち悪性腫瘍が 22% であったのに対し、各粒子投与群の腫瘍発生率はそれらを上回ることはなかった。

結論

商業用品等に用いられている種々のナノマテリアルがin vitro及びin vivo実験系において遺伝毒性を示す事が示唆された。これら遺伝毒性誘発のメカニズムとして、ナノマテリアルにより酸化ストレスおよび炎症反応が惹起され、ROS などの内因性の活性種が DNA 損傷を生じることで遺伝毒性を誘発している可能性が示唆された。

公開日・更新日

• 公開日: 2011-06-06
• 更新日: -

行政効果報告

• 文献番号: 201035007C

成果

• 専門的・学術的観点からの成果: ナノマテリアルの遺伝毒性メカニズムや生体への影響等の解析を行い、ナノマテリアルのヒト健康への影響を考える上に重要な基礎的資料を得たものと確信する。
• 臨床的観点からの成果: 粧品や商業用品等に頻繁に用いられているナノマテリアルの遺伝毒性および発がん性等が解明されるだけでなく、その病態誘発メカニズムや早期診断方法、有害ナノマテリアルへの曝露レベルの評価等に関する知見も得ることができる。
• ガイドライン等の開発: なし
• その他行政的観点からの成果: 化ナノマテリアルによる健康被害を未然に防ぐことへの貢献が期待され、国民の保健医療の向上を目指す上で極めて有用なものとなる。
• その他のインパクト: 平成２２年度 日本環境変異原学会公開シンポジウム「ナノマテリアルの健康影響について考える」を世話人として開催した。

発表件数

• 原著論文（和文）: 3件
• 原著論文（英文等）: 18件
• その他論文(和文): 0件
• その他論文(英文等): 0件
• 学会発表(国内学会): 39件
• 学会発表(国際学会等): 6件
• その他成果(特許の出願): 0件 ; 「出願」「取得」計0件
• その他成果(特許の取得): 0件
• その他成果(施策への反映): 0件
• その他成果(普及・啓発活動): 0件

主な原著論文20編（論文に厚生労働科学研究費の補助を受けたことが明記された論文に限る）

• 原著論文1: Totsuka, Y., Higuchi, T., Imai, T.et al.; Genotoxicity of nano/microparticles in in vitro micronuclei, in vivo comet and mutation assay systems.; Part Fibre Toxicol. , 6 (1) , 23- (2009)
• 原著論文2: 一町直樹，栗岡大輔，河井一明，他; 各種ナノ粒子の細胞への影響：細胞特異性とその応用. ; 粉体工学会誌 , 48 , 145-151 (2011)
• 原著論文3: Totsuka Y, Kato T, Masuda S,et al.; In vitro and in vivo genotoxicity induced by fullerene (C60) and kaolin. ; Genes Environ. , 33 (1) , 14-20 (2011)
• 原著論文4: Kami D., Takeda S., Hatsune M. et al.; Efficient transfection method using deacylated polyethylenimine -coated magnetic nanoparticles. ; J. Artif. Organs (2011)
• 原著論文5: Kato, K., Yamamura, Y., Kawanishi, M.,et al.; Application of the DNA adductome approach to assess the DNA-damaging capability of in vitro micronucleus test-positive compounds. ; Mutation Research, , 721 , 21-26 (2011)
• 原著論文6: Hori, A., Mizoue, T., Kasai, H. et al.; Body iron store as a predictor of oxidative DNA damage in healthy men and women. ; Cancer Sci. , 101 , 517-522 (2010)
• 原著論文7: Nishigaki R, Watanabe T, Kajimoto T,et al.; Isolation and identification of a novel aromatic amine mutagen produced by the maillard reaction. ; Chem Res Toxicol. , 22 , 1588-1593 (2009)
• 原著論文8: Terasaki, M., Totsuka, Y., Nishimura, K. et al.; Detection of endogenous DNA adducts, O6-carboxymethyl-2'-deoxyguanosine and 3-ethanesulfonic acid-2'-deoxycytidine, in the rat stomach after duodenal reflux. ; Cancer Sci. , 99 , 1741-1746 (2008)

公開日・更新日

• 公開日: 2016-06-21
• 更新日: -

収支報告書

• 文献番号: 201035007Z