Effect of High Power Microwave on Mammalian Cells

高功率微波对哺乳动物细胞的影响

• 批准号: 16F16370
• 负责人: 勝木 淳
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Kumamoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-10-07 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16F16370/
• 关键词: 大電力パルスマイクロ波; 生体作用; パルスパワー; 仮想陰極発振方式; 細胞応答; 医療応用; 細胞への影響; 癌治療; 大電力パルスマイクロ波; 生体作用; パルスパワー; 仮想陰極発振方式; 細胞応答; 医療応用; 細胞への影響; 癌治療

時間幅マイクロ秒以下でかつ電界強度１００ｋV／ｍを超えるパルス大電力は，生体に対して非加熱的に，細胞膜，細胞内小器官やタンパク質などの生体構成要素に強い静電的・誘電的なストレスを与える。このストレスは細胞分裂や細胞死に関わる多様な生体応答を条件依存的に誘導することから、この作用を利用した癌治療研究が欧米で進んでいる。病巣にパルス大電力を印加するため、多くの場合、体内に導入した電極で対象を直接挟む方法がとられるが、侵襲的であり適用箇所の自由度が小さい。本研究は，体外からパルス電磁波を体内の病巣に収束させる非侵襲的な方法を想定し，大電力パルスマイクロ波（ＨＰＭ）の生体への影響を明らかにすることを目的とする。平成２９年度は，まず、前年度に製作したＨＰＭ発生装置を稼働し，ＨＰＭの周波数、瞬時電力や，それらの調整範囲など，装置の特性を明らかにした。得られたＨＰＭの電界強度は３００ｋV／ｍ、周波数帯は２．７～５．０ＧＨｚであり、事前に荷電粒子ビーム・電磁界統合解析ソフトウェアを用いて得た予測と同程度の性能が得られた。次に，この装置を用いてヒト由来子宮頸がん細胞にＨＰＭを照射し、細胞死、アポトーシス活性、細胞形態変化、細胞増殖活性を調べた。その結果、現在の照射条件では細胞死はほとんど起こらず、アポトーシス活性の上昇も見られなかった。一方、細胞膨張や、細胞内小器官の様態変化などの明らかな細胞応答の変化が確認された（国際会議等で発表）。引き続き、生化学的手法によって解析を進めるとともにＨＰＭの電力向上などによってより強いＨＰＭ照射条件を適用できるようにして、当初計画の目標であるＨＰＭの生体作用を追求する。なお、平成２９年度中に研究分担者が異動したため、平成３０年度（最終年度）の本事業の継続をしないこととした。

高脉冲功率的时间宽度小于微秒，而电场强度大于100 kV/m，将对生物成分（例如细胞膜，细胞内细胞器和蛋白质）造成强大的静电和介电应力，对活体造成了不利。这种压力以依赖性的方式诱导了与细胞分裂和细胞死亡有关的多种生物学反应，而在欧洲和美国，对癌症治疗进行研究正在进行中。为了在病变中施加大量的动力脉冲，在大多数情况下，一种方法用于将物体直接夹在体内，但在施加的区域中具有侵入性，几乎没有自由。这项研究假设一种非侵入性方法，将体内外部脉冲电磁波收敛到体内病变，旨在阐明高功率脉冲微波（HPMS）对体内的影响。 2017年，上一年生产的HPM发电机首次运行，以阐明设备的特性，包括HPM频率，瞬时功率及其调整范围。获得的HPM的电场强度为300 kV/m，频带为2.7-5.0 GHz，其性能与使用集成带电的颗粒/电磁场分析软件获得的预测相同。接下来，使用该装置，用HPM辐照了人类衍生的宫颈癌细胞，以检查细胞死亡，凋亡活性，细胞形态变化和细胞增殖活性。结果，在当前的辐照条件下几乎没有观察到细胞死亡，并且未观察到凋亡活性的增加。同时，已经确认了细胞反应（例如细胞肿胀和细胞内细胞器的出现）的明显变化（在国际会议等上呈现）。该分析将继续使用生物化学方法进行，并通过提高HPM等的功率来追求HPM的生物活性（这是原始计划）来实现更强的HPM辐照条件。此外，由于研究合作伙伴在2017财年期间转移，因此该项目将在2018财年（最后一年）继续进行。