Effect of High Power Microwave on Mammalian Cells

高功率微波对哺乳动物细胞的影响

基本信息

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

项目摘要

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。

脉冲功率小于一个时间宽度微秒且超过100 kV / m的电场强度的脉冲功率不加热对生物体，并且是一种静态的电力和介电性，对生物识别元件（例如细胞膜）具有抗性，细胞内器官和蛋白质。这种应力在欧洲和美国都采用了这种影响，因为它诱导了与细胞分裂和细胞死亡有关的各种生物识别反应。为了在病变上施加较大的脉冲功率，在许多情况下，将目标直接插入到体内的电极中，但是适用部分的自由度很低。这项研究的目的是假设一种非不创的方法，其中脉冲电磁波从体外汇聚到体内病变，并阐明大功率脉冲微波（HPM）对生命体的影响。在2017财年，在上一个会计年度生产的HPM生成的设备运行，并澄清了该设备的特性，例如HPM频率，即时功率及其调整范围。获得的HPM电场强度为300 kV / m，频带为2.7至5.0 GHz，这与使用电荷颗粒束和电磁场综合分析软件提前获得的预测相同。接下来，使用该装置对人宫颈癌细胞辐照HPM，以检查细胞死亡，凋亡活性，细胞形式变化和细胞增殖活性。结果，当前的辐射条件很少发生，凋亡活性没有增加。另一方面，确认了细胞反应的明显变化，例如细胞扩张和改变细胞内器官的形式（在国际会议等上宣布）。我们将继续追求HPM（最初计划）的生物学效应，以通过通过生化方法促进分析来提高HPM的功率来应用更强的HPM辐照条件。此外，由于研究人员在2017财年被转移，因此我们决定不在2018年（最后一年）继续这个项目。