脆弱な個体をも対象とした、経皮・吸入曝露後のナノ・サブナノ素材の挙動解析とハザード情報集積（ナノリスク解析基盤の構築）

文献情報

• 文献番号: 201524005A
• 報告書区分: 総括
• 研究課題名: 脆弱な個体をも対象とした、経皮・吸入曝露後のナノ・サブナノ素材の挙動解析とハザード情報集積（ナノリスク解析基盤の構築）
• 課題番号: H25-化学-一般-005
• 研究年度: 平成27(2015)年度
• 研究代表者(所属機関): 堤 康央(大阪大学大学院薬学研究科毒性学分野)

研究分担者(所属機関)

• 八木　清仁(大阪大学大学院薬学研究科生体機能分子化学分野)
• 田熊　一敞(大阪大学大学院歯学研究科薬理学分野)
• 齋藤　滋(富山大学大学院医学薬学研究部産科婦人科学教室)
• 宮川　剛(藤田保健衛生大学総合医科学研究所システム医科学研究部門)
• 桑形　麻樹子((一財)食品薬品安全センター秦野研究所毒性部病理学研究室)

• 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25(2013)年度
• 研究終了予定年度: 平成27(2015)年度
• 研究費: 27,000,000円
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

近年、ナノ素材（ナノマテリアル［NM］：粒子径100 nm以下）に加え、蛋白質と同等サイズ領域のサブナノ素材（サブナノマテリアル［sNM］：1から10 nm範囲）が開発・実用化され、我々は、NM・sNMの意図的・非意図的な経皮・吸入曝露をもはや避け得ない。一方で未だ、NM・sNMの安全性については、ハザード情報でさえ不十分であり、リスク解析に必須の曝露実態（動態：吸収、分布、代謝、蓄積・排泄といった細胞内・体内挙動）情報に至っては皆無に等しい。この点で我々は、種々NM・sNMの物性・品質を解析すると共に、リスク解析基盤となる細胞内・体内動態と一般毒性・特殊毒性を定性・定量解析し、物性-動態-安全性の連関評価に資するナノ安全科学（Nano-Safety Science）研究を推進してきた。特に、NM・sNMが流産や胎仔発育不全など、発生毒性を呈し得ることを先駆けて明らかとしており、妊婦・胎児・乳幼児といった、化学物質に対して脆弱な個体を対象として、個々の感受性や種々相互作用を考慮した安全性評価が必須であることを提示してきた。そこで本研究では、我々の独自かつ唯一の知見を基盤として、化粧品・食品などに含有されているNM・sNM、中でも世界的に観ても手つかずのsNMに着眼し、脆弱な個体をも対象とした、経皮・吸入曝露後の挙動解析とハザード情報の集積を図り、ナノリスク解析基盤の構築を試みた。

研究方法

食品添加物や香粧品基材として汎用される非晶質ナノシリカやナノ銀粒子を用いて、リスク解析基盤となる細胞内・体内動態と一般毒性・特殊毒性を定性・定量解析し、物性-動態-安全性の連関評価を実施した。

結果と考察

平成27年度は、動態情報に関して、1）乳幼仔において、サブナノ銀の腸管吸収性は成体と比較して14倍以上高いこと、2）サブナノ銀の血中からの排泄能が低い可能性を見出し、脆弱な個体を対象とした蓄積・代謝・排泄・分解を精査する重要性を示した。さらに、ハザード情報に関しては、3）NM・sNMの長期曝露による生体影響、また、それら生体影響の可逆性・不可逆性を評価することが長期曝露影響を理解するうえで重要であること、4）ナノシリカの雄親曝露が次世代の仔の不安様行動を低下するメカニズムの一端として、下垂体ホルモンの増加を介したHPA軸の制御に起因する可能性を見出し、母親のみならず父親曝露における次世代影響評価の必要性を提唱した。さらに、5）サブナノ銀やサブナノニッケルの事前投与により、銀やニッケルに対する感作が成立することを見出し、金属アレルギーの感作成立、および、病態発症において、イオンではなく、金属ナノ粒子が重要な役割を果たしている可能性を示した。また、6）OECDの安全性評価におけるサンプルとして推奨されているNanocomposix社製のナノ白金を用い、24時間経皮投与により、ナノ白金は皮膚の角質層上層に限局して存在し、生体内にはほとんど浸透しないことを明らかとした。

結論

「こどものナノ安全科学」や「こころのナノ安全科学」における新規知見を多く見出し、当初目標を超える特筆すべき成果が得られた。この一連の研究の中で、とりわけ、妊婦をはじめとする脆弱な個体を対象とした、ヒトにおけるNM・sNMの体内動態情報の収集が重要であることを認め、我々は現在、それら情報の収集に向けた検討に一部着手している。即ち今後、NM・sNMのヒトにおける体内動態の解析手法の開発、および評価システムの構築が必要不可欠であると共に、NM・sNMのヒト健康影響に関する科学的根拠・情報の収集と、そのリスク解析が求められるものと考えられる。本研究の成果は、未だ世界的に理解されていないNM・sNMのリスク情報を他に先行して集積する必須の取組と位置づけられる。

公開日・更新日

• 公開日: 2016-06-07
• 更新日: -

文献情報

• 文献番号: 201524005B
• 報告書区分: 総合
• 研究課題名: 脆弱な個体をも対象とした、経皮・吸入曝露後のナノ・サブナノ素材の挙動解析とハザード情報集積（ナノリスク解析基盤の構築）
• 課題番号: H25-化学-一般-005
• 研究年度: 平成27(2015)年度
• 研究代表者(所属機関): 堤 康央(大阪大学大学院薬学研究科毒性学分野)

研究分担者(所属機関)

• 八木　清仁(大阪大学大学院薬学研究科生体機能分子化学分野)
• 田熊　一敞(大阪大学歯学研究科薬理学分野)
• 齋藤　滋(富山大学大学院医学薬学研究部産科婦人科学教室)
• 宮川　剛(藤田保健衛生大学総合医科学研究所システム医科学研究部門)
• 桑形　麻樹子( (一財)食品薬品安全センター秦野研究所毒性部病理学研究室)

• 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25(2013)年度
• 研究終了予定年度: 平成27(2015)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

近年、ナノ素材（ナノマテリアル：粒子径100 nm以下）に加え、蛋白質と同等サイズ領域のサブナノ素材（サブナノマテリアル：1から10 nm範囲）が開発・実用化され、我々は、ナノ・サブナノマテリアルの意図的・非意図的な経皮・吸入曝露をもはや避け得ない。一方で未だ、ナノ・サブナノマテリアルの安全性については、ハザード情報でさえ不十分であり、リスク解析に必須の曝露実態（動態：吸収、分布、代謝、蓄積・排泄といった細胞内・体内挙動）情報に至っては皆無に等しい。この点で我々は、種々ナノ・サブナノマテリアルの物性・品質を解析すると共に、リスク解析基盤となる細胞内・体内動態と一般毒性・特殊毒性を定性・定量解析し、物性-動態-安全性の連関評価に資するナノ安全科学（Nano-Safety Science）研究を推進してきた。特に、ナノ・サブナノマテリアルが流産や胎仔発育不全など、発生毒性を呈し得ることを先駆けて明らかとしており、妊婦・胎児・乳幼児といった、化学物質に対して脆弱な個体を対象として、個々の感受性や種々相互作用を考慮した安全性評価が必須であることを提示してきた。そこで本研究では、我々の独自かつ唯一の知見を基盤として、化粧品・食品などに含有されているナノ・サブナノマテリアル、中でも世界的に観ても手つかずのサブナノマテリアルに着眼し、脆弱な個体をも対象とした、経皮・吸入曝露後の挙動解析とハザード情報の集積を図り、ナノリスク解析基盤の構築を試みた。

研究方法

食品添加物や香粧品基材として汎用される非晶質ナノシリカやナノ銀粒子を用いて、リスク解析基盤となる細胞内・体内動態と一般毒性・特殊毒性を定性・定量解析し、物性-動態-安全性の連関評価を実施した。

結果と考察

本研究では、1）OECDテストガイドラインに関して、ナノ金・ナノ銀の経皮曝露における局所刺激性および経皮吸収性について、インターラボ間におけるバリデーションを実施し、正常皮膚では皮膚透過性は認められないものの、ドライスキンなど、皮膚透過性が亢進した状態での体内動態を明確にする必要性を示した。2）ナノ銀粒子は粒子径が小さいほど母乳移行率が上昇し、その母乳移行率は銀イオンと比較して低いこと、3）ナノ銀粒子は母乳を介して乳幼仔に移行し得ること、4）移行後のナノ銀粒子は乳幼仔の脳に蓄積されるものの、13種類の網羅的行動テストバッテリーでは、情動認知行動には影響をおよぼさないことなど、脆弱な個体を対象とした動態・ハザードを明らかとした。また、5）ナノ銀粒子が、経鼻投与後に嗅球を介して脳に移行し、嗅覚過敏を誘発し得ること、6）ナノシリカの急性毒性について、致死毒性や肝障害などは、サイズの減少に伴い作用が強くなる一方で、体温低下は、50 nmがピークとなること、7）ナノシリカの反復投与により、その後の過剰量投与に伴う体温低下が悪化することを明らかとし、反復投与によりナノシリカに対する感受性が高まる可能性があり、新たな安全性評価の視点が必要と考えられた。さらに、8）ナノ銀粒子の皮内曝露により、銀に対するTh17性の獲得免疫が誘導されることを見出し、金属アレルギーの発症要因として、イオンではなく、粒子を考慮した検討が必須であることを先駆けて提唱した。

結論

「こどものナノ安全科学」や「こころのナノ安全科学」における新規知見を多く見出し、当初目標を超える特筆すべき成果が得られた。本研究は、安全なナノ・サブナノマテリアルの開発支援を通じて、国民が安心して恩恵を最大限に享受でき、さらには、我が国のナノ産業を育成・発展させるなど、ナノ・サブナノマテリアルの社会受容の促進にも貢献するものと期待される。また本研究の成果は、ナノ・サブナノマテリアルのリスク管理やレギュレーションの策定といった厚生労働的視点、さらに、OECD対応などによる国際貢献の点で、責任のある先進国・知財技術立国・健康立国としての我が国の発展に資するものである。

公開日・更新日

• 公開日: 2016-06-07
• 更新日: -

行政効果報告

• 文献番号: 201524005C

成果

• 専門的・学術的観点からの成果: 当該研究課題では、原著論文13報、総説・書籍15報を公表すると共に、シンポジウム20件、国内学会発表132件、国際学会発表41件で成果発表するなど、多数の論文や学会で発表しているように、当該事業では安全かつ有用なナノ・サブナノマテリアルの開発支援に向け専門的・学術的に優れた成果を挙げたと言える。
• 臨床的観点からの成果: 本研究の中で、とりわけ、妊婦をはじめとする脆弱な個体を対象とした、ヒトにおけるナノ・サブナノマテリアルの体内動態情報の収集が重要であることを認め、我々は現在、それら情報の収集に向けた検討に一部着手している。即ち今後、ナノ・サブナノマテリアルのヒトにおける体内動態の解析手法の開発、および評価システムの構築が必要不可欠であると共に、ナノ・サブナノマテリアルのヒト健康影響に関する科学的根拠・情報の収集と、そのリスク解析が求められるものと考えられる。
• ガイドライン等の開発: 本研究の成果は、脆弱な個体をも対象とした、ナノ・サブナノマテリアルの閾値追及を通じて、リスク解析に必須の情報を提供するうえ、OECD-テストガイドライン策定などの国際的なガイドライン策定に貢献すると共に、ナノ・サブナノマテリアルの物性・品質に言及した新たな化審法の必要性を示唆するなど、ナノ安全科学研究・ナノ最適デザイン研究の観点から、ナノ・サブナノマテリアルの安全性確保や有効かつ安全なナノ・サブナノマテリアルの開発とその支援に直結するものである。
• その他行政的観点からの成果: 研究期間において、学会のシンポジウム、公開講座や班会議などを通じて、研究者、ナノ産業界、一般国民とのリスクコミュニケーションを多数実施しており、国民が納得・安心してナノ・サブナノマテリアルの恩恵を最大限に享受でき、我が国のナノ産業の育成・発展に直結するのみならず、労働・生活衛生の向上と国民の健康確保など、ナノ・サブナノマテリアルの社会受容（Sustainable Nanotechnology）の促進といった国際貢献も期待できる。
• その他のインパクト: 特記事項なし

発表件数

• 原著論文（和文）: 0件
• 原著論文（英文等）: 13件
• その他論文(和文): 10件
• その他論文(英文等): 5件
• 学会発表(国内学会): 132件
• 学会発表(国際学会等): 41件
• その他成果(特許の出願): 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: Yoshida T., Yoshioka Y., Tochigi S. et al.; Intranasal exposure to amorphous nanosilica particles could activate intrinsic coagulation cascade and platelets in mice.; Part. Fibre. Toxicol. (2013)
• 原著論文2: Nagano T., Higashisaka K., Kunieda A. et al.; Liver-specific microRNAs as biomarkers of nanomaterial-induced liver damage.; Nanotechnology. (2013)
• 原著論文3: Yamagishi Y., Watari A., Hayata Y. et al.; Acute and chronic nephrotoxicity of platinum nanoparticles in mice.; Nanoscale Res. Lett. (2013)
• 原著論文4: Yoshida T., Yoshioka Y., Takahashi H. et al.; Intestinal absorption and biological effects of orally administered amorphous silica particles.; Nanoscale Res Lett. (2014)
• 原著論文5: Higashisaka K., Kunieda A., Iwahara Y. et al.; Neutrophilia due to silica nanoparticles induces release of double-stranded DNA.; Journal of Nanomedicine & Nanotechnology. (2014)
• 原著論文6: Imai S., Yoshioka Y., Morishita Y. et al.; Size and surface modification of amorphous silica particles determine their effects on the activity of human CYP3A4 in vitro.; Nanoscale Res Lett. (2014)
• 原著論文7: Hata K., Higashisaka K., Nagano K. et al.; Evaluation of silica nanoparticle binding to major human blood proteins.; Nanoscale Res Lett. (2014)
• 原著論文8: Isoda K., Kondoh M., Yoshioka Y. et al.; Silica nanoparticle-induced toxicity in mouse lung and liver imaged by electron microscopy.; Fund. Toxicol. Sci. (2015)
• 原著論文9: Yoshida T., Yoshioka Y., Morishita Y. et al.; Protein corona changes mediated by surface modification of amorphous silica nanoparticles suppress acute toxicity and activation of intrinsic coagulation cascade in mice.; Nanotechnology. (2015)
• 原著論文10: Hirai T., Yoshioka Y., Takahashi H. et al.; Cutaneous exposure to agglomerates of silica nanoparticles and allergen results in IgE-biased immune response and increased sensitivity to anaphylaxis in mice.; Part. Fibre. Toxicol. (2015)
• 原著論文11: Hirai T., Yoshioka Y., Izumi N. et al.; Metal nanoparticles in the presence of lipopolysaccharides trigger the onset of metal allergy in mice.; Nature Nanotechnology. (2016)
• 原著論文12: Uemura E., Yoshioka Y., Hirai T. et al.; Relationship between size and surface modification of silica particles and enhancement and suppression of inflammatory cytokine production by lipopolysaccharide or peptidoglycan stimulated RAW264.7 macrophages.; J. Nanopart. Res. (2016)
• 原著論文13: Morishita Y., Yoshioka Y., Takimura Y. et al.; Distribution of silver nanoparticles to breast milk and their biological effects on breast-fed offspring mice.; ACS Nano. (2016)
• 原著論文14: Aoyama M., Hata K., Higashisaka K. et al.; Clusterin in the protein corona plays a key role in the stealth effect of nanoparticles against phagocytes.; Biochem. Biophys. Res. Commun. (2016)
• 原著論文15: Imai S., Morishita Y., Hata T. et al.; Cellular internalization, transcellular transport, and cellular effects of silver nanoparticles in polarized Caco-2 cells following apical or basolateral exposure.; Biochem. Biophys. Res. Commun. (2016)
• 原著論文16: Handa T., Hirai T., Izumi N. et al.; Identifying a size specific hazard of silica nanoparticles after intravenous administration and its relationship to the other hazards that have negative correlations with the particle size in mice.; Nanotechnology. (2016)
• 原著論文17: Nagano T., Nagano K., Nabeshi H. et al.; Modifying the surface of silica nanoparticles with amino or carboxyl groups decreases their cytotoxicity to parenchymal hepatocytes.; Biol. Pharm. Bull. (2017)
• 原著論文18: Nishijim N., Hirai T., Misato K. et al.; Human scavenger receptor A1-mediated inflammatory response to silica particle exposure is size-specific.; Front. Immunol. (2017)
• 原著論文19: Kuwagata M., Kumagai F., Saito Y. et al.; Permeability of skin to silver nanoparticles after epidermal skin barrier disruption in rats.; Fund. Toxicol. Sci. (2017)
• 原著論文20: Aoyama M., Yoshioka Y., Arai Y. et al.; Intracellular trafficking of particles inside endosomal vesicles is regulated by particle size.; J. Controlled Release. (2017)

公開日・更新日

• 公開日: 2016-06-06
• 更新日: 2019-06-03

収支報告書

• 文献番号: 201524005Z