A Hz交流磁界発生装置による シスプラチンの抗がん作用への影響評価

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1 A-11 600 Hz交流磁界発生装置による シスプラチンの抗がん作用への影響評価
環日本海域環境研究センター 生体機能計測部門 西頭　浩司

2 目次 １．研究背景と目的(抗がん作用と磁界影響、渦電流) ２．600 Hz交流磁界発生装置の作成
４．コロニーアッセイ法による測定方法　 ５．磁界影響測定結果(周波数60 Hz、600 Hz) ６．まとめと今後の課題 発表の流れは、まず研究背景と目的で抗がん作用と磁界影響についてや、実験材料についてお話します。次に交流磁界発生装置の作成,評価、コロニーアッセイ法による測定方法、磁界影響の測定結果、今後の課題と続きます。

3 がん細胞だけでなく正常細胞も傷つけてしまい
１．研究背景と目的 がん治療 外科治療 放射線治療 化学治療 ・・・抗がん剤を体内に投与する方法 抗がん剤・・・血流と共に全身をめぐり 　　　　　　 細胞分裂を停止させ、細胞を破壊する まず研究背景ですが、がん治療には主に外科治療、放射線治療、化学治療があり、この化学治療とは抗がん剤を体内に投与することにより治療するものです。抗がん剤はまず血流と共に全身をめぐり細胞分裂を停止させて、細胞を破壊します。 この細胞分裂を停止させて、細胞を破壊するということに問題があり、がん細胞だけでなく正常細胞まで傷つけてしまいます。それが原因で全身に様々な副作用が現れます。 そこで本研究では抗がん剤の副作用を抑えることを目的としており、これまでの研究で『抗がん剤シスプラチンにおいて交流磁界を曝露すると抗がん作用が高まる』ことが報告されています。 がん細胞だけでなく正常細胞も傷つけてしまい 様々な副作用が現れる!! これまでの研究報告 抗がん剤シスプラチンにおいて周波数60 Hz、磁束密度50 mTの交流磁界を曝露すると抗がん作用が高まる

4 がん細胞へのダメージ：小 がん細胞へのダメージ：大 正常細胞へのダメージ：小
交流磁界曝露 磁界曝露 シスプラチン 食道がん 減少 胃がん がん細胞へのダメージ：小 がん細胞へのダメージ：大 次に交流磁界を曝露した場合を考えます。交流磁界を曝露することによって抗がん作用を高めることができるので、体内に投与する抗がん剤の量を減らすことができます。 先ほどと同じように抗がん剤を投与すると、体中に抗がん剤が広がりますが、抗がん剤の量が少ないので全身の正常細胞へのダメージが減少します。 また、がんが発症している部位に交流磁界を曝露することで、その付近だけ十分な抗がん作用を得ることができます。 つまり、今まで通りがん細胞を傷つけながら、副作用を減少させることができます。 正常細胞へのダメージ：小 副作用の軽減 ：磁界曝露 前立腺がん

5 渦電流との関連性について ・人体の約70 ％は水分で構成されている ・体内では様々な体内物質がイオン化している
次に渦電流との関係性について説明します。 人体の約70％は水分で構成されており、また体内ではカルシウムやナトリウムなどの様々な体内物質がイオン化しているので、交流磁界を曝露することで渦電流が発生します。渦電流は周波数の２乗に比例するので 渦電流が抗がん作用に影響を与えているか検討するため同じ磁界強度でより周波数の高い交流磁界発生装置が必要になります。 交流磁界を曝露することで渦電流が流れる 渦電流損は交流磁界の周波数の２乗に比例する 渦電流が抗がん作用に影響を与えるのか検討するため、 同じ磁界強度でより周波数の高い交流磁界発生装置が必要!!

6 Ｉ φ 2．600 Hz交流磁界発生装置の作成 鉄心 コイル 磁界発生装置中央部 実験領域 コイル 材料 フェライトコア 形状 中央脚に
ギャップ 実験領域 コイル 30 60 200 40 90 82 150 20 14 φ Ｉ １ ２ 交流磁界発生装置の作成について説明します。 図は設計図で寸法はｍｍです。鉄心にはフェライトコアを用いて、形は中央脚にギャップを作りました。コイルは銅線の直径が1.66mmのものを46ターン巻き、同心配置になるように5層重ねて作りました。 こちらが実際の磁界発生装置の画像です。コイルにはこのように電流が流れて、それぞれの磁束が足し合わされてギャップに集中するようになっています。 コイル 銅線直径 1.66 mm コイル巻数 46 ターン コイル層数 5 層 巻き方 同心配置 銅の直径(1.6mm) 寸法：ｍｍ 磁界発生装置中央部

7 3．600 Hz交流磁界発生装置の評価 容器の深さ 容器の幅 ギャップ部の磁界分布 磁束密度50mT±2％以内 容器の深さ [cm]
交流磁界発生装置の評価について説明します。 ギャップ部の磁界分布を示します。図の容器の幅と容器の深さは写真のように対応します。赤色で表示されている部分が磁束密度５０ｍTに対して±２％の均一性を持っています。 本実験ではこの点線で示された領域内に実験で使用する溶液の入ったチューブを配置します． 容器の深さ 容器の深さ [cm] 磁束密度　 [mT] 容器の幅 容器の幅　[cm] ギャップ部の磁界分布

8 ４．コロニーアッセイ法に用いる実験材料 ●シスプラチン ・プラチナ（Pt)の分子を含む ・抗がん作用を行う過程でイオン化する
次は実験材料について説明します。 使用する抗がん剤はシスプラチンを用います。シスプラチンはプラチナを含み、抗がん作用を行う過程で加水分解し、イオン化します。 この２つの項目に着目してシスプラチンの抗がん作用は磁界影響を受けるのではないかと考えて実験対象に選ばれました。 次に抗がん作用を受ける媒体ですが、人間の細胞は増殖サイクルが1日で2倍に増えるのに対し、大腸菌は30分で2倍に増えるので、大腸菌の培養時間も短縮され、実際のがん細胞も増殖速度が正常細胞よりも速いので実験では大腸菌を使用しています。 ●細胞の増殖サイクル ヒトの培養細胞 大腸菌 実験しやすい!! 早い!! 抗がん剤の作用を受ける!!

9 コロニーアッセイ法による測定方法 / 磁界非曝露 抗がん剤 固形培地 （Control） シスプラチン 40 比較 大腸菌液 固形培地
μ ml g コロニーアッセイ法による測定方法について説明します。 シスプラチン４０μｇ/mlを大腸菌の入った液体にいれます。 それを非磁界曝露のcontrolと磁界曝露のexposureに分けて 一定時間経過後に採取して固形に巻きます。 これを一晩培養すると大腸菌1つ当たり、１つのコロニーを形成するので 数を比較して抗がん作用の磁界影響を評価します。 比較 一定時間経過 培養 大腸菌液 固形培地 36～37℃ （Exposure） 磁界曝露

10 ５．60 Hz磁界影響測定結果 濃度 濃度 時間が経過するほど細胞毒性が高まっている t検定：2時間、4時間、6時間後において有意差あり
周波数　60 Hz　 　磁束密度　50mT * ** ** 濃度 濃度 時間が経過するほど細胞毒性が高まっている t検定：2時間、4時間、6時間後において有意差あり

11 t検定：2時間、4時間、6時間後において有意差なし
600 Hz磁界影響測定結果 周波数　600 Hz　 　磁束密度　50mT 濃度 濃度 2時間後に細胞毒性が弱まっている t検定：2時間、4時間、6時間後において有意差なし

12 ６．まとめと今後の課題 まとめ 今後の課題 周波数による磁界影響の変化がある可能性が高い
○周波数60 Hzと600 Hzの交流磁界を曝露した結果、 周波数60 Hzの方が抗がん剤の細胞毒性を高めた 　周波数による磁界影響の変化がある可能性が高い しかし周波数と渦電流のどちらの影響によるものか断定できなかった 最後にまとめですが、周波数600Hzで発生磁界50mTの交流磁界発生装置が完成し、磁界分布の均一性も実験できるだけの範囲を得られたので、これからも実験装置として使用していきたいと思っています。また抗がん作用に磁界影響がみられたが変化が小さかったので、今後の課題としてはコロニーアッセイ法を繰り返し行い、実験データ数を増やして再現性を得る。また、周波数600Hzにおいて発生磁界30ｍTなどの他の磁界強度についてや、他の周波数をについても実験行い、周波数と磁界強度の抗がん作用に対する関連性をみつける。 以上で発表を終わります。 今後の課題 ●周波数60 Hzと600Hz以外の周波数(静磁界，120 Hzなど) 　についても磁界曝露実験を行う ●他の抗がん剤においても周波数による磁界影響があるのか 　 実験を行う ●より人体に近い条件で曝露実験を行う

13 ５．磁界影響測定結果 周波数　60 Hz　 　磁束密度　50mT E 40の方が減少

14 磁界影響測定結果 周波数　600 Hz　 　磁束密度　50mT

15 がん治療 外科治療・・・がん細胞を取り除く． 放射線治療・・・がんにX線やγ線をあてて死滅させる． 化学治療・・・がん細胞を取り除く．
長所：早期発見，がんが病原巣にとどまっているとき， 体への負担も少なくがんを取り除ける． 短所：痛みを伴い，重度・末期には適さない・ 放射線治療・・・がんにX線やγ線をあてて死滅させる． 長所：切除が困難な場合に行える． 　　　　コンピュータ制御で，病巣にミリ単位で照射できる． 短所：医師の技量や経験に大きく反映される． 正常な細胞にダメージを与える． 適切な照射量を超えると重大な副作用がある． 化学治療・・・がん細胞を取り除く． 長所：全身のがん細胞にダメージ．白血病などに有効。 短所：正常細胞にもダメージ

16 シスプラチンについて 一般名：シスプラチン (Cispalatin) 分子式： Cl H N Pt 構造式： ①加水分解によりイオン化する。
構造式： 次に研究対象のシスプラチンについて説明します。 シスプラチン分子式はCl2H6N2Ptで構造式はこのように表され、 抗がん作用を行うときはまず加水分解によりイオン化します。このかっこプラスはシスプラチンの分子全体でプラスに帯電しているという意味です。 次にがん細胞のDNA に架橋します。 このように架橋することによりDNAの複製を阻害することでがん細胞の増殖を抑止します。 このプラチナを含むことと、抗がん作用を行う過程でイオン化することに着目して磁界影響を受けるのではないかと考え研究対象として選ばれました。 ①加水分解によりイオン化する。 ①加水分解によりイオン化する。 ②がん細胞のDNAに架橋結合する。 ②がん細胞のDNAに架橋結合する。 ③DNAの複製を阻害することでがん細胞の増殖を抑止する。 ③DNAの複製を阻害することでがん細胞の増殖を抑止する。

17 交流磁界発生装置の作成 V→大 or L→小 S→小 or N→小 交流磁界発生装置自体が小さくなる
600 Hz交流磁界発生装置の作成にあたって　 ① 常に交流磁界５０ ｍTを発生させるため 巻数N×電流Iは一定。 そこで、交流磁界発生装置の作成を行いました。 まず６００Hz 交流磁界発生装置の作成にあたって、まずコイルを含んだ回路方程式はV=jωLIであり、これからI=V/ｊωLと表せます。常に交流磁界５０ｍTを発生させるため巻数N×電流Iは一定であり、周波数を60Hzから600Hzにすると、ωが大きくなるので電圧Vを大きくするかインダクタンスLを小さくしなければなりなせん。しかし電圧を大きくしすぎると消費電力が大きくなるので、インダクタンスを小さくします。 またインダクタンスLはこのように表されるので、面積Sを小さくするか、巻数Nを小さくしなければなりません。しかし、巻数を減らすのには限界があるので、面積Sを小さくします。 よって、装置自体が６０Hzを発生するものに比べて小さくなります。 ω→大より V→大　or　L→小 よって、 ② S→小　or　N→小 L→小より 交流磁界発生装置自体が小さくなる

18 イオンの集まりを微小ループと考える⇒磁界曝露
渦電流の補足 ・体内では様々な体内物質がイオン化している ・シスプラチンもイオン化している イオンの集まりを微小ループと考える⇒磁界曝露 イオンの集まり≒導体 レンツの法則 B 交流磁界による磁束の増減に対して 反作用として磁束を維持しようとする向きに電流が流れる イオン 渦電流 磁界 レンツの法則による磁界 レンツの法則による電流 導体の抵抗によるジュール熱が発生 B:最大磁束密度　ｋ：比例定数　ｆ：周波数

19 各素子の値 大腸菌 １～４μｍ 人間の細胞 50μｍ コイル 4.3 mH コンデンサ 170 μF(理論値166 μF) 占積率 0.4
占積率　　0.4 電流密度　0.3 マイトマイシンCは６０Hz、45Hzの交流磁界を曝露した結果、2倍程度DNA損傷作用が高まった。 大腸菌　　１～４μｍ　 人間の細胞　　50μｍ　

20 交流磁界発生装置の作成 V→大 or L→小 S→小 or N→小 交流磁界発生装置自体が小さくなる
600 Hz交流磁界発生装置の作成にあたって　 ① 常に交流磁界５０ ｍTを発生させるため 巻数N×電流Iは一定。 そこで、交流磁界発生装置の作成を行いました。 まず６００Hz 交流磁界発生装置の作成にあたって、まずコイルを含んだ回路方程式はV=jωLIであり、これからI=V/ｊωLと表せます。常に交流磁界５０ｍTを発生させるため巻数N×電流Iは一定であり、周波数を60Hzから600Hzにすると、ωが大きくなるので電圧Vを大きくするかインダクタンスLを小さくしなければなりなせん。しかし電圧を大きくしすぎると消費電力が大きくなるので、インダクタンスを小さくします。 またインダクタンスLはこのように表されるので、面積Sを小さくするか、巻数Nを小さくしなければなりません。しかし、巻数を減らすのには限界があるので、面積Sを小さくします。 よって、装置自体が６０Hzを発生するものに比べて小さくなります。 ω→大より V→大　or　L→小 よって、 ② S→小　or　N→小 L→小より 交流磁界発生装置自体が小さくなる

21 ギャップ部の磁束密度 ファラデーの法則

22 LC共振回路 ＝ 合成電流　　I ①共振状態にある ②ベクトルの合成 ③合成電流が電源に流れる ＝ 電流が打ち消しあう

23 周波数の影響 周波数による振動 渦電流 あり あり(小) なし あり(大) (一方向に力がかかる) 低 高 静