抗原性物質への免疫応答に対するナノマテリアル経皮曝露の影響に関する評価手法の開発研究

文献情報

• 文献番号: 201624004A
• 報告書区分: 総括
• 研究課題名: 抗原性物質への免疫応答に対するナノマテリアル経皮曝露の影響に関する評価手法の開発研究
• 課題番号: H26-化学-一般-004
• 研究年度: 平成28(2016)年度
• 研究代表者(所属機関): 安達 玲子(国立医薬品食品衛生研究所 生化学部)

研究分担者(所属機関)

• 酒井　信夫(国立医薬品食品衛生研究所　生活衛生化学部)
• 最上　知子(国立医薬品食品衛生研究所　安全性予測評価部)

• 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26(2014)年度
• 研究終了予定年度: 平成28(2016)年度
• 研究費: 7,120,000円
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

近年幅広く利用されているナノマテリアルについては物理化学的特性による健康影響の可能性が指摘されている。OECDでは、わが国も参加して、フラーレン、カーボンナノチューブ、酸化チタン、酸化亜鉛等、13品目の安全性評価が重点的に進められてきた。酸化チタンや酸化亜鉛は多くの日焼け止め製品に配合されており、ヒト皮膚と接触する頻度が非常に高い。一方で、最近、加水分解コムギタンパク質を含有する洗顔石鹸の事例のように、タンパク質が皮膚を透過して取り込まれ抗原となる経皮感作経路がアレルギー発症の重要な要因として注目されている。しかし、酸化チタン等のナノマテリアルがタンパク質経皮感作に及ぼす影響については未だ検討されていない。本研究班では、酸化チタン、酸化亜鉛等のナノマテリアルが抗原タンパク質の経皮感作に及ぼす影響に関する[1] in vivo評価系及び[2] in vitro評価系、及び、[3] ナノマテリアルのアジュバント活性に関する貪食細胞を用いたin vitro評価系を開発し検討することを目的とする。

研究方法

ナノマテリアルとしては、酸化チタンA（ルチル型、粒子径15 nm）、酸化チタンB（ルチル型、粒子径35 nm）、酸化チタンC（アナターゼ型、粒子径6 nm）、酸化チタンD（アナターゼ型、粒子径：15 nm）、及び酸化亜鉛A（粒子径：25 nm）を用いた。[1]に関しては、モデル抗原として卵白アルブミン（OVA）を使用し、マウスを用いたin vivo評価系（26年度に構築、27年度に最適化したもの）を利用して抗原の経皮感作に対するナノマテリアルの影響について検討した。[2]に関しては、抗原提示細胞の抗原取込みに関する蛍光顕微鏡を用いた新たな定量的分析法を開発し、ナノマテリアルの影響について検討した。[3]に関しては、貪食細胞のNLRP3インフラマソームの活性化・IL-1β産生を指標とするアジュバント作用評価系（26年度に構築したもの）を利用して、酸化チタンナノマテリアルによるTNFα産生促進機構、酸化チタンナノマテリアルの物理化学的形状の影響に関する検討を行った。

結果と考察

[1] 卵白アルブミン（OVA）をマウス皮膚に繰り返し貼付することにより経皮感作を成立させるモデル実験系を使用して、ナノマテリアルの共存効果について検討したところ、酸化チタン／酸化亜鉛ナノマテリアルにより感作が増強されること、またその際に、至適用量（OVAとの最適な量比）が存在すること、この至適用量はナノマテリアルのサイズや種類により異なること、酸化チタンの結晶型による差はほとんど見られないことが示された。[2] 酸化チタンナノマテリアル共存下での蛍光標識抗原タンパク質の抗原提示細胞への取込みを画像解析し、酸化チタンナノマテリアルによって抗原取込みが抑制されることを明らかにした。[3] THP-1マクロファージにおいて、酸化チタンナノマテリアルにより産生が誘導されるIL-1βのautocrine作用によりTNFα産生が促進される機序を明らかにした。また、酸化チタンの結晶型による顕著な違いは認められず、酸化亜鉛ナノマテリアルは全く効果を示さないことが判明した。
今後は、タンパク質経皮感作の際に生体内で起きている現象に対するナノマテリアルの効果について更なる検討を進めることが必要である。

結論

酸化チタンナノマテリアルが抗原タンパク質の経皮感作に及ぼす影響に関する[1] in vivo評価系及び[2] in vitro評価系、及び、[3] ナノマテリアルのアジュバント活性に関する貪食細胞を用いたin vitro評価系の開発・検討を行った。[1]に関しては、OVA経皮感作において酸化チタン／酸化亜鉛ナノマテリアルにより感作が増強されること、酸化チタンのサイズにより異なる至適用量（OVAとの最適な量比）が存在すること、酸化チタンの結晶型による差はほとんど見られないことが示された。[2]に関しては、蛍光標識抗原タンパク質を用いた定量的画像解析手法を確立し、酸化チタンナノマテリアルによって抗原提示細胞の抗原取込みが抑制されることを明らかにした。[3]に関しては、貪食細胞における酸化チタンナノマテリアルのTNFα分泌促進機構を明らかにし、また、酸化チタンの結晶型による顕著な違いはないこと、酸化亜鉛ナノマテリアルは全く効果を示さないことを示した。
本研究課題で開発した上記の評価法をナノマテリアル経皮曝露の安全性評価に複合的に適用することにより、また、タンパク質経皮感作時の生体内現象に対するナノマテリアルの影響についてさらに解析を進めることにより、ナノマテリアルの安全性に関する科学的知見の集積につながるものと考える。

公開日・更新日

• 公開日: 2018-05-29
• 更新日: -

文献情報

• 文献番号: 201624004B
• 報告書区分: 総合
• 研究課題名: 抗原性物質への免疫応答に対するナノマテリアル経皮曝露の影響に関する評価手法の開発研究
• 課題番号: H26-化学-一般-004
• 研究年度: 平成28(2016)年度
• 研究代表者(所属機関): 安達 玲子(国立医薬品食品衛生研究所 生化学部)

研究分担者(所属機関)

• 酒井　信夫(国立医薬品食品衛生研究所　生活衛生化学部)
• 最上　知子(国立医薬品食品衛生研究所　安全性予測評価部)

• 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26(2014)年度
• 研究終了予定年度: 平成28(2016)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

近年幅広く利用されているナノマテリアルについては物理化学的特性による健康影響の可能性が指摘されている。OECDでは、わが国も参加して、フラーレン、カーボンナノチューブ、酸化チタン、酸化亜鉛等、13品目の安全性評価が重点的に進められてきた。酸化チタンや酸化亜鉛は多くの日焼け止め製品に配合されており、ヒト皮膚と接触する頻度が非常に高い。一方で、最近、加水分解コムギタンパク質を含有する洗顔石鹸の事例のように、タンパク質が皮膚を透過して取り込まれ抗原となる経皮感作経路がアレルギー発症の重要な要因として注目されている。しかし、酸化チタン等のナノマテリアルがタンパク質経皮感作に及ぼす影響については未だ検討されていない。本研究班では、酸化チタン、酸化亜鉛等のナノマテリアルが抗原タンパク質の経皮感作に及ぼす影響に関する[1] in vivo評価系及び[2] in vitro評価系、及び、[3] ナノマテリアルのアジュバント活性に関する貪食細胞を用いたin vitro評価系を開発し検討することを目的とする。

研究方法

ナノマテリアルとしては、酸化チタンA（ルチル型、粒子径15 nm）、酸化チタンB（ルチル型、粒子径35 nm）、酸化チタンC（アナターゼ型、粒子径6 nm）、酸化チタンD（アナターゼ型、粒子径：15 nm）、及び酸化亜鉛A（粒子径：25 nm）を用いた。[1] モデル抗原として卵白アルブミン（OVA）を用い、マウス腹腔内投与による感作実験系、及びマウス皮膚に抗原を繰り返し貼付する経皮感作実験系（26年度に構築、27年度に最適化）を利用して、抗原感作に対するナノマテリアルの影響について検討した。[2] 抗原による抗原提示細胞の活性化に関するフローサイトメトリーを用いた評価系、及び抗原提示細胞の抗原取込みに関する蛍光顕微鏡を用いた評価系を確立し、ナノマテリアルの影響について検討した。[3] 貪食細胞のNLRP3インフラマソームの活性化・IL-1β産生を指標とするアジュバント作用評価系を構築し、ナノマテリアルの効果について検討した。

結果と考察

[1] 抗原の腹腔内投与による感作時に酸化チタンナノマテリアルが感作を増強することを示した。また、酸化チタンナノマテリアルの共存により抗原経皮感作が増強されること、その際、酸化チタンの効果が粒子径に依存する（粒子径が小さい方が効果が大きい）こと、結晶構造による顕著な差は見られないこと、酸化亜鉛ナノマテリアルも経皮感作を増強することを示した。[2] 上記2種の評価法を用いて、酸化チタンナノマテリアルが、抗原による抗原提示細胞活性化を抑制すること、及び抗原取込みそのものを減弱させることを明らかにした。[3] 酸化チタンナノマテリアルが濃度依存的に貪食細胞のNLRP3インフラマソーム活性化・IL-1β産生を促進すること、IL-1βのautocrine作用によりTNFα産生も促進すること、またこの時酸化チタンの結晶型による顕著な違いはないことを示した。
今後は、タンパク質経皮感作の際に生体内で起きている現象に対するナノマテリアルの効果について更なる検討を進めることが必要である。

結論

酸化チタンナノマテリアルが抗原タンパク質の経皮感作に及ぼす影響に関する[1] in vivo評価系及び[2] in vitro評価系、及び、[3] ナノマテリアルのアジュバント活性に関する貪食細胞を用いたin vitro評価系の開発・検討を行った。[1]に関しては、マウスを用いた実験系により、OVAの腹腔内投与感作及び経皮感作において酸化チタン／酸化亜鉛ナノマテリアルにより感作が増強されること、酸化チタンのサイズにより異なる至適用量（OVAとの最適な量比）が存在すること、酸化チタンの結晶型による差は見られないことを示した。[2]に関しては、フローサイトメーター及び蛍光顕微鏡を用いて確立した2種の評価系により、酸化チタンナノマテリアルが、抗原提示細胞への抗原取込みを阻害し、抗原提示細胞活性化を抑制することを明らかにした。[3]に関しては、貪食細胞のインフラマソーム活性化アッセイ系を用い、酸化チタンナノマテリアルがアジュバント作用を示すこと、この時結晶型による顕著な違いはないこと、酸化亜鉛ナノマテリアルは全く効果を示さないことを明らかにした。
本研究課題で開発した上記の評価法をナノマテリアル経皮曝露の安全性評価に複合的に適用することにより、また、タンパク質経皮感作時の生体内現象に対するナノマテリアルの影響についてさらに解析を進めることにより、ナノマテリアルの安全性に関する科学的知見の集積につながるものと考える。

公開日・更新日

• 公開日: 2018-05-29
• 更新日: -

行政効果報告

• 文献番号: 201624004C

成果

• 専門的・学術的観点からの成果: 酸化チタンナノマテリアルが抗原タンパク質の経皮感作に及ぼす影響に関して評価系を開発し検討した。その結果、酸化チタンナノマテリアルがアジュバント作用を有することをin vitro及びin vivo評価系を用いて、また実際にタンパク質経皮感作を増強することをin vivo評価系を用いて明らかにした。本研究の成果は、抗原タンパク質に対する免疫応答に対するナノマテリアルの影響という新たな観点から学術的かつ社会的に重要な知見を与えるものである。
• 臨床的観点からの成果: 食物アレルギーに関する臨床研究分野においては、近年、加水分解コムギタンパク質を含有する洗顔石鹸の事例のように、タンパク質が皮膚から取り込まれ抗原となる経皮感作経路がアレルギー発症の重要な要因として注目されている。このような状況下、本研究では酸化チタンナノマテリアルが抗原タンパク質の経皮感作を増強することを明らかにした。本成果は食物アレルギーに関する臨床的観点からも非常に重要な情報を提供するものである。
• ガイドライン等の開発: 特記事項なし
• その他行政的観点からの成果: 特記事項なし
• 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）: 2件
• その他論文(和文): 2件
• その他論文(英文等): 1件
• 学会発表(国内学会): 3件
• 学会発表(国際学会等): 0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: Cui H, Hirose A, Nishimaki-Mogami T, et al.; High-temperature calcined fullerene nanowhiskers as well as long needle-like multi-wall carbon nanotubes have abilities to induce NLRP3-mediated IL-1beta secretion; Biochem Biophy Res Commun , 452 (3) , 593-599 (2014); 10.1016/j.bbrc.2014.08.118

公開日・更新日

• 公開日: 2023-04-28
• 更新日: -

収支報告書

• 文献番号: 201624004Z