がん治療に効果的な低周波を重畳した高周波高電圧バーストパルス発生回路の開発と効果

对癌症治疗有效的叠加低频波的高频高压突发脉冲发生电路的开发及效果

• 批准号: 20K04436
• 负责人: 南谷 靖史
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Yamagata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K04436/
• 关键词: パルス電界; バーストパルス; がん細胞; アポトーシス; ネクローシス; 細胞膜; 絶縁破壊; 活性種; がん治療; 単極性; 両極性

2022年度は引き続き細胞への効果を高めるためのバーストパルス発生装置のスイッチの固体化，および高周波に重畳する低周波の効果の調査，そして低周波印加時に細胞で発生する活性酸素種による細胞死誘導効果の調査，を行った。バーストパルス発生装置のスイッチの固体化では2021年度に購入した高電圧半導体スイッチが一次スイッチとして2022年度には本格稼働を開始した。だが，このスイッチを搭載した回路では従来のギャップスイッチを用いたものよりバーストパルス回路の充電時間が500nsと遅く，予定している二次スイッチが動作しないことが判明した。そこで，磁気パルス圧縮回路を組み，バーストパルス回路の充電時間の短縮を行った。磁気パルス圧縮回路を二段組むことによって充電時間を60~70nsと短縮できた。また，二次スイッチを固体化する動作タイミングの確認を行った。しかし動作タイミングを調整しても動作が不安定だったため改良が必要であることが分かった。高周波に重畳する低周波の効果の調査では高周波に重畳する低周波の効果については，バーストパルスの出力段数を10段にして低周波の周波数を半分にした。１０段の波形は得ることができたが後ろ5段の接続が悪く，波形が乱れていた。そのためか，5段の波形と細胞死の結果には大きな差は現れなかった。低周波印加時に細胞で発生する活性酸素種による細胞死誘導効果の調査では細胞はパルス電界印加時には膜破壊による組織流出で死亡すると言われているが，細胞膜の絶縁破壊によって発生した活性種(ROS)も関与している可能性が出てきた。2020年度にパルス電界印加により細胞が絶縁破壊することで，ROSが発生することが分かり，2021年度にROSを阻害することで細胞死が減少することを示した。2022年度はこれをさらに進めて細胞膜破壊，ROS発生，細胞死状況についての相関を調べた。

2022年，我们将继续固化突发脉冲发生器的开关，增加对细胞的作用，研究低频叠加高频的效果，通过低频施加时细胞内产生的活性氧诱导细胞死亡。我们对其有效性进行了调查。在突发脉冲发生器向固态开关过渡的过程中，2021年购买的高压半导体开关将用作初级开关，并将于2022年开始全面运行。然而，在配备该开关的电路中，突发脉冲电路的充电时间比使用传统间隙开关的电路慢500ns，并且发现预期的次级开关不起作用。因此，我们构建了磁脉冲压缩电路来缩短突发脉冲电路的充电时间。通过构建两级磁脉冲压缩电路，充电时间可缩短至60-70ns。我们还确认了固化二次开关的操作时机。然而，即使在调整了操作时机之后，操作仍然不稳定，因此发现需要改进。在研究低频叠加在高频上的影响时，突发脉冲输出级数设置为10，低频频率减半。我能够获得10级波形，但最后5级连接不良，波形失真。也许正是这个原因，5阶段波形和细胞死亡结果没有显着差异。在对施加低频时细胞中产生的活性氧的细胞死亡诱导作用的研究中，据说当施加脉冲电场时，细胞由于膜破裂导致的组织流出而死亡。 。 2020 年，我们发现，当细胞因施加脉冲电场而发生介电击穿时，会产生 ROS；2021 年，我们发现抑制 ROS 可以减少细胞死亡。在 2022 财年，我们进一步研究了细胞膜破坏、ROS 生成和细胞死亡状态之间的相关性。

项目成果

パルス電界で起こる細胞の放電による細胞膜破壊と活性種発生

脉冲电场引起的细胞放电导致细胞膜破坏和活性物质的产生

• 发表时间: 2021
• 作者: 市川 正貴;水野 寿哉;佐藤 鴻;齋藤 高輝;南谷 靖史
• 通讯作者: 南谷 靖史

高周波バーストパルスの出力パルス列数に対する細胞死割合の比較

细胞死亡率与高频突发脉冲输出脉冲串数量的比较

• 发表时间: 2023
• 作者: 伊藤 俊輝;強瀬 隆慶;南谷 靖史;横井 愛加;中野 晃
• 通讯作者: 中野 晃

パルス電界で起こる細胞の放電による細胞膜破壊と活性種発生

脉冲电场引起的细胞放电导致细胞膜破坏和活性物质的产生

• 发表时间: 2021
• 作者: 市川 正貴;水野 寿哉;佐藤 鴻;齋藤 高輝;南谷 靖史
• 通讯作者: 南谷 靖史

Difference by Frequencies on Cell Killing Effect by Superposing Low Frequency on high frequency Bipolar Burst Pulse

高频双极突发脉冲叠加低频对细胞杀伤效果的频率差异

• DOI: 10.1109/tps.2020.3033968
• 发表时间: 2020
• 影响因子: 1.5
• 作者: Hiromi Sato; Yasushi Minamitani; Gen Urabe; Taichi Kamezaki; Shuji Okamoto; Sunao Katsuki
• 通讯作者: Sunao Katsuki

Difference by Frequencies on Cell Killing Effect by Superposing Low Frequency on high frequency Bipolar Burst Pulse

高频双极突发脉冲叠加低频对细胞杀伤效果的频率差异

• DOI: 10.1109/tps.2020.3033968
• 发表时间: 2020
• 影响因子: 1.5
• 作者: Hiromi Sato; Yasushi Minamitani; Gen Urabe; Taichi Kamezaki; Shuji Okamoto; Sunao Katsuki
• 通讯作者: Sunao Katsuki