リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

大学・研究所にある論文を検索できる 「Non-thermal plasma specifically kills oral squamous cell carcinoma cells in a catalytic Fe(II)-dependent manner」の論文概要。リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。
リケラボ

コピーが完了しました

URLをコピーしました

論文の公開元へ論文の公開元へ
書き出し

Non-thermal plasma specifically kills oral squamous cell carcinoma cells in a catalytic Fe(II)-dependent manner

佐藤, 康太郎 名古屋大学

2021.06.29

概要

【緒言】
　口腔癌は全癌腫においては約 2％と少ないものの、再発例が比較的高いといわれて いる。また、喫煙、飲酒および HPV 感染が口腔癌の主なリスク因子といわれており、罹患患者数も増加傾向にある。口腔癌は解剖学的特徴からも審美および機能障害を生じやすく、QOL の低下に直接結びつくことをしばしば経験する。そのため、早期発見および治療、術後の局所および遠隔転移に対する十分な経過観察が非常に重要である。プラズマとは固体、液体および気体に次ぐ第４の状態といわれており、ヒドロキシルラジカルや過酸化水素(H2O2)、紫外線などを含む非常に高エネルギーの状態をいう。低温プラズマ(Non-thermal plasma：NTP)はプラズマを体温近くに設定されており、近年では様々な分野で使用され始めている。特に医療分野では NTP は癌細胞特異的に殺細胞効果を示すと言われており、一般的に鉄が多く含まれる癌細胞の鉄と反応して起こる Fenton 反応によるものと考えられている。
　鉄と発癌に関しては様々な研究が行われている。鉄キレート剤の使用により発癌が抑えられることや、瀉血によって発癌だけでなく死亡率が低下するといった報告もされており、これらのように鉄と癌の密接な繋がりが多数報告されている。本研究では NTP の口腔扁平上皮癌に対する効果の検討を触媒性二価鉄に着目して行った。

【方法】
　7 種類の口腔扁平上皮癌細胞とコントロールとして 2 種類の線維芽細胞を用い、NTP照射による種々の変化を観察した。細胞生存率、細胞死の種類、活性酸素種(Reactive oxygen species: ROS)および遊走・浸潤・コロニー形成能等を評価した。鉄と NTP との効果の関連を調べるために鉄剤であるクエン酸鉄アンモニウム(Ferric ammonium citrate: FAC)と redox-inactive な鉄キレート剤であるデフェロキサミン(Desferrioxamine: DFO)投与下での NTP の効果の検討を行った。

【結果】
　NTP 照射により、線維芽細胞では有意な殺細胞効果は認めなかったものの、口腔扁平上皮癌細胞では照射時間依存的に殺細胞効果を示し(Fig.1A)、TUNEL およびAnnexin V 陽性細胞の増加を認めた(Fig.1B,C)。次に口腔癌細胞および線維芽細胞内の触媒性二価鉄量を比較したところ、線維芽細胞と比較して口腔扁平上皮癌細胞に多くの触媒性二価鉄が含まれており(Fig.2A) 、特にライソゾームにおいて有意な差を認めた (Fig.2B,C)。鉄剤である FAC を投与して細胞内の鉄を増やすことにより NTP の効果が増加し、逆に鉄キレート剤である DFO を投与して細胞内の鉄をキレートすることにより減少した(Fig.3)。ROS に関しては NTP 照射により全般的な ROS の発生を示す chloromethyl derivative of 2'、7'-dichlorodihydrofluorescein、ミトコンドリアでの ROS の発生を示す MitoSOX および脂質過酸化を示す BODIPY 581/591 C11 の上昇を認めた (Fig.4)。遊走・浸潤・コロニー形成能をそれぞれ評価したところ、いずれも NTP 照射による低下がみられ(Fig.5A~D)、western blotting では NTP 照射群において matrix metalloproteinase-2 (MMP-2)の低下を認めた。

【考察】
　触媒性二価鉄に着目して口腔扁平上皮癌細胞に対する NTP の効果の検討を行い、腫瘍細胞と正常細胞で明らかな効果の違いを認め、それは触媒性二価鉄に依存することが明らかになった。NTP 照射によって Annexin V 陽性細胞や TUNEL 陽性細胞が増加したことから、アポトーシスを引き起こしていることが示されたが、脂質過酸化および細胞内の鉄量が NTP の効果に影響を与えていることから、アポトーシスに加えて鉄依存的な細胞死であるフェロートーシスが引き起こされている可能性も示唆された。 NTP を照射することにより、遊走・浸潤・コロニー形成能の低下および腫瘍の転移促進に関わる MMP-2 の低下を認めたことから、腫瘍の進行および転移抑制に寄与する可能性が示された。口腔内は直視可能であり、処置や経過観察が行いやすいという解剖学的利点があるため、正常細胞に傷害を与えず、細胞内の鉄量が多い口腔扁平上皮癌細胞に対して選択的に作用する NTP は、今後の新たな治療法になりうると考える。実際の臨床応用に関しては、手術までの待期期間に照射する術前治療や化学療法および放射線照射との併用、術中の切除断端に照射して安全域を減少させることによる切除量の減少などが期待できると考える。

【結語】
　本研究により、NTP は口腔扁平上皮癌細胞特異的に殺細胞効果を示し、これは触媒性二価鉄量の違いが影響していることが示された。細胞死の形態としてはアポトーシスのみでなく、鉄関連細胞死であるフェロトーシスが混在している状態であると考えられた。

論文の公開元へ

関連論文

関連論文をもっと見る

参考文献

1 Jemal A, Bray F, Center MM, Ferlay J, Ward E, Forman D. Global cancer statistics. CA Cancer J Clin 2011; 61: 69–90.

2 Kim HY, Elter JR, Francis TG, Patton LL. Prevention and early detection of oral and pharyngeal cancer in veterans. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod 2006; 102: 625–631.

3 Blot WJ, McLaughlin JK, Winn DM, et al. Smoking and drinking in relation to oral and pharyngeal cancer. Cancer Res 1988; 48: 3282–3287.

4 Hashibe M, Brennan P, Chuang SC, et al. Interaction between tobacco and alcohol use and the risk of head and neck cancer: pooled analysis in the International Head and Neck Cancer Epidemiology Consortium. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev 2009; 18: 541–550.

5 Hori M, Choi EH, Toyokuni S. Low-temperature plasma in biology and medicine. Arch Biochem Biophys 2016; 605: 1–2.

6 Kaneko T, Sasaki S, Takashima K, Kanzaki M. Gas-liquid interfacial plasmas producing reactive species for cell membrane permeabilization. J Clin Biochem Nutr 2017; 60: 3–11.

7 Tanaka H, Mizuno M, Ishikawa K, et al. Plasma with high electron density and plasma-activated medium for cancer treatment. Clin Plasma Med 2015; 3: 72–76.

8 Moreau M, Orange N, Feuilloley MG. Non-thermal plasma technologies: new tools for bio-decontamination. Biotechnol Adv 2008; 26: 610–617.

9 Fridman G, Fridman G, Gutsol A, Shekhter AB, Vasilets VN, Fridman A. Applied plasma medicine. Plasma Process Polym 2008; 5: 503–533.

10 Yasuda H, Miura T, Kurita H, Takashima K, Mizuno A. Biological evalua- tion of DNA damage in bacteriophages inactivated by atmospheric pressure cold plasma. Plasma Process Polym 2010; 7: 301–308.

11 Vandamme M, Robert E, Lerondel S, et al. ROS implication in a new anti- tumor strategy based on non-thermal plasma. Int J Cancer 2012; 130: 2185– 2194.

12 Brullé L, Vandamme M, Riès D, et al. Effects of a non thermal plasma treatment alone or in combination with gemcitabine in a MIA PaCa2-luc orthotopic pancreatic carcinoma model. PLoS One 2012; 7: e52653.

13 Utsumi F, Kajiyama H, Nakamura K, et al. Effect of indirect nonequilibrium atmospheric pressure plasma on anti-proliferative activity against chronic chemo-resistant ovarian cancer cells in vitro and in vivo. PLoS One 2013; 8: e81576.

14 Ishaq M, Evans MM, Ostrikov KK. Effect of atmospheric gas plasmas on cancer cell signaling. Int J Cancer 2014; 134: 1517–1528.

15 Okazaki Y, Wang Y, Tanaka H, et al. Direct exposure of non-equilibrium atmospheric pressure plasma confers simultaneous oxidative and ultraviolet modifications in biomolecules. J Clin Biochem Nutr 2014; 55: 207–215.

16 Isbary G, Morfill G, Schmidt HU, et al. A first prospective randomized controlled trial to decrease bacterial load using cold atmospheric argon plasma on chronic wounds in patients. Br J Dermatol 2010; 163: 78–82.

17 Iseki S, Nakamura K, Hayashi M, et al. Selective killing of ovarian cancer cells through induction of apoptosis by nonequilibrium atmospheric pressure plasma. Appl Phys Lett 2012; 100: 113702.

18 Miyamoto K, Ikehara S, Sakakita H, Ikehara Y. Low temperature plasma equipment applied on surgical hemostasis and wound healings. J Clin Biochem Nutr 2017; 60: 25–28.

19 Shi L, Ito F, Wang Y, et al. Non-thermal plasma induces a stress response in mesothelioma cells resulting in increased endocytosis, lysosome biogenesis and autophagy. Free Radic Biol Med 2017; 108: 904–917.

20 Toyokuni S. Role of iron in carcinogenesis: cancer as a ferrotoxic disease.Cancer Sci 2009; 100: 9–16.

21 Toyokuni S. Iron as a target of chemoprevention for longevity in humans.Free Radic Res 2011; 45: 906–917.

22 Jiang L, Akatsuka S, Nagai H, et al. Iron overload signature in chrysotile- induced malignant mesothelioma. J Pathol 2012; 228: 366–377.

23 Akatsuka S, Yamashita Y, Ohara H, et al. Fenton reaction induced cancer in wild type rats recapitulates genomic alterations observed in human cancer. PLoS One 2012; 7: e43403.

24 Toyokuni S. The origin and future of oxidative stress pathology: from the recognition of carcinogenesis as an iron addiction with ferroptosis-resistance to non-thermal plasma therapy. Pathol Int 2016; 66: 245–259.

25 Stockwell BR, Friedmann Angeli JP, Bayir H, et al. Ferroptosis: a regulated cell death nexus linking metabolism, redox biology, and disease. Cell 2017; 171: 273–285.

26 Nagai H, Okazaki Y, Chew SH, Misawa N, Yasui H, Toyokuni S. Deferasirox induces mesenchymal-epithelial transition in crocidolite-induced mesothelial carcinogenesis in rats. Cancer Prev Res (Phila) 2013; 6: 1222–1230.

27 Ohara Y, Chew SH, Shibata T, et al. Phlebotomy as a preventive measure for crocidolite-induced mesothelioma in male rats. Cancer Sci 2018; 109: 330– 339.

28 Zacharski LR, Chow BK, Howes PS, et al. Decreased cancer risk after iron reduction in patients with peripheral arterial disease: results from a random- ized trial. J Natl Cancer Inst 2008; 100: 996–1002.

29 Chang JW, Kang SU, Shin YS, et al. Non-thermal atmospheric pressure plasma induces apoptosis in oral cavity squamous cell carcinoma: involve- ment of DNA-damage-triggering sub-G(1) arrest via the ATM/p53 pathway. Arch Biochem Biophys 2014; 545: 133–140.

30 Kang SU, Seo SJ, Kim YS, et al. Comparative effects of non-thermal atmospheric pressure plasma on migration and invasion in oral squamous cell cancer, by gas type. Yonsei Med J 2017; 58: 272–281.

31 Tanaka H, Mizuno M, Ishikawa K, et al. Plasma-activated medium selectively kills glioblastoma brain tumor cells by downregulating a survival signaling molecule, AKT kinase. Plasma Med 2011; 1: 265–277.

32 Hirayama T, Tsuboi H, Niwa M, et al. A universal fluorogenic switch for Fe(ii) ion based on N-oxide chemistry permits the visualization of intracellular redox equilibrium shift towards labile iron in hypoxic tumor cells. Chem Sci 2017; 8: 4858–4866.

33 Ohara Y, Chew SH, Misawa N, et al. Connective tissue growth factor-specific monoclonal antibody inhibits growth of malignant mesothelioma in an orthotopic mouse model. Oncotarget 2018; 9: 18494–18509.

34 Ito F, Nishiyama T, Shi L, et al. Contrasting intra- and extracellular distribu- tion of catalytic ferrous iron in ovalbumin-induced peritonitis. Biochem Biophys Res Commun 2016; 476: 600–606.

35 Toyokuni S, Okamoto K, Yodoi J, Hiai H. Persistent oxidative stress in cancer. FEBS Lett 1995; 358: 1–3.

36 Fridman G, Shereshevsky A, Monika M, et al. Floating electrode dielectric barrier discharge plasma in air promoting apoptotic behavior in melanoma skin cancer cell lines. Plasma Chem Plasma Process 2007; 27: 163–176.

37 Choi JH, Song YS, Song K, Lee HJ, Hong JW, Kim GC. Skin renewal activity of non-thermal plasma through the activation of beta-catenin in keratinocytes. Sci Rep 2017; 7: 6146.

参考文献をもっと見る

全国の大学の
卒論・修論・学位論文
を
一発検索！

この論文の関連論文を見る