文献情報
文献番号
201212003A
報告書区分
総括
研究課題名
チタン酸化物を含有するバイオハイブリッドナノ粒子の放射線治療増感による難治性がんの新規治療法開発
課題番号
H22-低侵襲-一般-003
研究年度
平成24(2012)年度
研究代表者(所属機関)
近藤 昭彦(神戸大学 大学院工学研究科)
研究分担者(所属機関)
- 佐々木 良平(神戸大学 大学院医学研究科)
- 荻野 千秋(神戸大学 大学院工学研究科)
- 田中 勉(神戸大学 大学院工学研究科)
- 梅津 光央(東北大学 大学院工学研究科)
- 大原 智(大阪大学 接合科学研究所)
- 佐藤 和好(群馬大学 大学院工学研究科)
- 高見 誠一(東北大学 大学院工学研究科)
- 曽我 公平(東京理科大学 基礎工学部材料工学科)
- 沼子 千弥(千葉大学 大学院理学研究科)
研究区分
厚生労働科学研究費補助金 厚生科学基盤研究分野 医療機器開発推進研究（医療機器［ナノテクノロジー等］総合推進研究）
研究開始年度
平成22(2010)年度
研究終了予定年度
平成24(2012)年度
研究費
47,500,000円
研究者交替、所属機関変更
-
研究報告書（概要版）
研究目的
本研究では、現在、既にがん組織への治療の一つとして確立されている「高精度放射線治療」にナノ粒子を併用する事で、これまで難しいとされている、膵臓などの「放射線低感受性組織」における難治性がんの飛躍的な治療向上を目指す。
研究方法
・ラジカルを発生する粒子を用いた細胞障害効果の検討
昨年度までに過酸化チタンナノ粒子に放射線を照射することでラジカルが発生し、細胞を死滅させることは明らかとなっている。そこで、今年度は以下に効率良く細胞死を誘導させるのか?この点について、細胞取込効率の観点から検討を行った。
・{001｝面を有する二酸化チタンナノ粒子の合成
過酸化チタンナノ粒子は、二酸化チタンナノ粒子の酸化により合成できる。これまでの結果により、二酸化チタンナノ粒子の表面数原子層から数十原子層が、過酸化物に変化しているものと予想される。そのため、過酸化チタンナノ粒子のサイズ・形状・結晶面・結晶構造等の制御は、二酸化チタンナノ粒子のサイズ・形状・結晶面・結晶構造等の制御により可能と考えている。そこで本研究では、水熱合成プロセス条件を検討し、二酸化チタンのサイズ・形状・結晶面・結晶構造等の制御を試みた。
・動物実験
担がんマウスモデルを作成し、TiOxナノ粒子とX線の併用による抗腫瘍効果を評価した。BALB/cヌードマウス（4週令オス）の大腿部皮下にMIAPaCa2細胞株（2×106個）を移植した。移植後7日目に8.7wt%のPAA修飾TiOxナノ粒子150μlを腫瘍局注し、その後X線5Gyを腫瘍に照射した。照射装置はMBR-1505R2を使用し、照射中、腫瘍部以外は鉛ブロックによりシールドされた。照射後一定期間、腫瘍体積を測定した。評価は、ナノ粒子X線併用群、ナノ粒子単独群、X線単独群、そして無処置（コントロール）群の4グループ（3匹/グループ）で行った。
・培養細胞実験
TiOxナノ粒子の作用により生成されるラジカル種の特定等、動物実験において評価が困難であった項目に関して、in vitroでの評価を行った。
昨年度までに過酸化チタンナノ粒子に放射線を照射することでラジカルが発生し、細胞を死滅させることは明らかとなっている。そこで、今年度は以下に効率良く細胞死を誘導させるのか?この点について、細胞取込効率の観点から検討を行った。
・{001｝面を有する二酸化チタンナノ粒子の合成
過酸化チタンナノ粒子は、二酸化チタンナノ粒子の酸化により合成できる。これまでの結果により、二酸化チタンナノ粒子の表面数原子層から数十原子層が、過酸化物に変化しているものと予想される。そのため、過酸化チタンナノ粒子のサイズ・形状・結晶面・結晶構造等の制御は、二酸化チタンナノ粒子のサイズ・形状・結晶面・結晶構造等の制御により可能と考えている。そこで本研究では、水熱合成プロセス条件を検討し、二酸化チタンのサイズ・形状・結晶面・結晶構造等の制御を試みた。
・動物実験
担がんマウスモデルを作成し、TiOxナノ粒子とX線の併用による抗腫瘍効果を評価した。BALB/cヌードマウス（4週令オス）の大腿部皮下にMIAPaCa2細胞株（2×106個）を移植した。移植後7日目に8.7wt%のPAA修飾TiOxナノ粒子150μlを腫瘍局注し、その後X線5Gyを腫瘍に照射した。照射装置はMBR-1505R2を使用し、照射中、腫瘍部以外は鉛ブロックによりシールドされた。照射後一定期間、腫瘍体積を測定した。評価は、ナノ粒子X線併用群、ナノ粒子単独群、X線単独群、そして無処置（コントロール）群の4グループ（3匹/グループ）で行った。
・培養細胞実験
TiOxナノ粒子の作用により生成されるラジカル種の特定等、動物実験において評価が困難であった項目に関して、in vitroでの評価を行った。
結果と考察
・ラジカルを発生する粒子を用いた細胞障害効果の検討
モデルナノ粒子を用いる事で、放射線照射時に必要とされるナノ粒子の取り込みに必要な培養時間を決定した。
・{001｝面を有する二酸化チタンナノ粒子の合成
6時間の水熱反応処理したサンプルは、全てサイズが20nm程度のナノ粒子であることが確認できた。また、TEM写真より、2種類の形状の粒子が観察された。一つは四角形状（｛001｝面：図6b）で、もう一つは棒状（｛101｝面：図6c）であるが、この棒状粒子は横方向から見た四角形状粒子である。
・動物実験
担がんマウスモデルを用いてTiOx粒子とX線の併用による抗腫瘍効果を評価した。TiOxナノ粒子とX線併用群は、X線照射のみ群と比べて有意な差がみられた。全観察期間は43日間であり、処置中および観察期間中に死亡したマウスはいなかった。このことは、TiOxナノ粒子に毒性がないことを示唆する。
・培養細胞実験
In vitroにおけるTiOxナノ粒子とX線照射の併用による殺細胞効果を評価した。TiOxナノ粒子併用により細胞の生存率に差を認め、動物実験と同様にIn vitroにおいてもTiOxナノ粒子とX線の併用による殺細胞効果が示された。また、TiOxナノ粒子が細胞内に十分に取り込まれていることが観察された。
モデルナノ粒子を用いる事で、放射線照射時に必要とされるナノ粒子の取り込みに必要な培養時間を決定した。
・{001｝面を有する二酸化チタンナノ粒子の合成
6時間の水熱反応処理したサンプルは、全てサイズが20nm程度のナノ粒子であることが確認できた。また、TEM写真より、2種類の形状の粒子が観察された。一つは四角形状（｛001｝面：図6b）で、もう一つは棒状（｛101｝面：図6c）であるが、この棒状粒子は横方向から見た四角形状粒子である。
・動物実験
担がんマウスモデルを用いてTiOx粒子とX線の併用による抗腫瘍効果を評価した。TiOxナノ粒子とX線併用群は、X線照射のみ群と比べて有意な差がみられた。全観察期間は43日間であり、処置中および観察期間中に死亡したマウスはいなかった。このことは、TiOxナノ粒子に毒性がないことを示唆する。
・培養細胞実験
In vitroにおけるTiOxナノ粒子とX線照射の併用による殺細胞効果を評価した。TiOxナノ粒子併用により細胞の生存率に差を認め、動物実験と同様にIn vitroにおいてもTiOxナノ粒子とX線の併用による殺細胞効果が示された。また、TiOxナノ粒子が細胞内に十分に取り込まれていることが観察された。
結論
本年度は、過酸化チタンナノ粒子に放射線を照射するとラジカルを発生することを見出し、これを基としたメカニズムの解明から動物実験にわたり基礎的な知見を得る事に成功した。今後も研究を進めることで、本技術を確立し実用化できると期待される。
公開日・更新日
公開日
2013-09-01
更新日
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