J. Plasma Fusion Res. Vol.97, No.3 (2021)１
１７‐１１８小特集

大気圧低温プラズマに対する細胞応答とがん治療への展開
Cellular Responses Induced by Cold Atmospheric Pressure Plasma
and Application in Cancer Therapy

１．はじめに
1. Introduction
田 中 宏 昌，堀勝

TANAKA Hiromasa and HORI Masaru
名古屋大学 低温プラズマ科学研究センター（原稿受付：２
０
２
０年１
１月１
９日）

１．
１ プラズマ医療科学の創成

マが生体に及ぼす複雑な影響を系統立てて考察することと近年，大気圧低温プラズマの医療応用研究が活発に進めし，低温プラズマによる止血［２，３］，遺伝子導入［４，５］，がられている．プラズマは電子，イオン，ラジカルから構成

ん治療などについて，その分子機構の解明を目指した研究されているが，照射時には電界や衝撃波も重畳される．大が展開された．一方で，生体も細胞，組織，器官，個体な気圧下で生体に照射可能な常温常圧のプラズマを生成する

ど様々な階層を持ち，低温プラズマの影響も階層に分けて技術が進展し，大気圧低温プラズマを用いた画期的な医療考えることにより，複雑な生体システムにおいてどのよう効果が報告されるようになった．我が国では，２０１２年度かな作用をもたらすのかを系統立てて考察することが必要で

ら２０１７年度にかけて文部科学省科学研究費新学術領域研究ある．更には，細胞内にも外界の刺激を受け取った後にシ「プラズマ医療科学の創成」（領域代表：堀勝，名古屋大グナル伝達ネットワーク，遺伝子発現ネットワーク，代謝学）が立ち上がり，名古屋大学，豊橋技術科学大学，岐阜

ネットワークを介して，生理学的応答を示すため，低温プ

薬科大学，富山大学，名城大学，愛知県がんセンターなど

ラズマに対する細胞応答を解析し，その機構を洞察し，反の中部地区の研究教育機関や，東京大学，産業技術総合研

応モデルを構築することが重要である．以上のように，プ究所，筑波大学，創価大学，東京都市大学，首都大学東京，

ラズマ医療科学は，複雑な入力系と複雑かつ特異な出力系

芝浦工業大学，杏林大学，東北大学，大阪大学，理化学研を有する極めて挑戦的な新学術領域と言えるが，我が国で究所，岡山大学，愛媛大学，九州大学，帯広畜産大学など

は，これらの研究に組織立って取り組むことにより，本分

日本全国の教育研究機関が参画し，学生も含めると総勢

野における国際発表の件数などにおいて世界を先導する成２００〜４００人規模の研究者が，プラズマ医療科学の学理の構果を挙げてきた．

築のために活発に研究活動を進めてきた．新学術領域研究

本小特集では，特にプラズマがん治療研究に焦点を当総括班が中心となって，プラズマ医療科学に関する成果をて，大気圧低温プラズマに対する細胞応答とがん治療への体系的にまとめたものとして，８章，５１節，４５８ページから展開について我が国及び世界の研究の最先端を紹介する．

なる英文教科書「Plasma Medical Science」が出版された
本新学術領域では，装置パラメータから粒子パラメータ１．
２ 大気圧低温プラズマに対する細胞応答とがん治療への展開により低温プラズマを特徴づけることにより，低温プラズ

現在のプラズマがん治療研究では，大気圧低温プラズマ［１］．

Center for Low-Temperature Plasma Science, Nagoya University, Nagoya, AICHI 464-8603, Japancorresponding author’s e-mail: htanaka@plasma.engg.nagoya-u.ac.jp

１１７!2021 The Japan Society of Plasma
Science and Nuclear Fusion Research

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.97, No.3 March 2021

を腫瘍に直接照射するアプローチとプラズマ照射溶液をが雑かつ特異な現象が見出されており，今後は，AI を駆使しん細胞に投与する方法や低温プラズマにより免疫系を活性た機械学習を取り入れることによって，現象の体系化や重化しがん細胞を攻撃する間接的なアプローチが遂行されて要なパラメータの特定などが可能になると考えられる．さいる．第２章では，プラズマ照射溶液（プラズマ活性溶液

らに，個々のプラズマが誘起する画期的な医療に資する現と名付けた）による様々ながん細胞を用いた培養細胞実験

象について，１）プラズマ中の活性種の挙動，２）プラズや動物実験に関する先駆的な研究成 果 と 現 状 を 述べる

マと溶液との相互作用の解明，３）溶液中で生成された短［６］．第３章では，岐阜薬科大学の原，足立らが，阻害剤等

寿命あるいは長寿命活性種と電界，光，衝撃波との相互作を用いたシステマティックな実験によって，プラズマ活性用による細胞内での分子反応機構の解明，４）細胞内での溶液による抗腫瘍効果の作用機序を解明してきた成果が示反応を基軸にした動物実験を系統的にシームレスに解析されている［７］．第４章では，富山大学の近藤らによって，し，医療応用に資するプラズマ医療装置の創製を実現する

放射線治療，超音波療法，温熱療法と低温プラズマ治療法ことが必要である．

の比較が行われ，低温プラズマによる細胞死を特徴づけな

ドイツや米国などでプラズマ装置をがん患者に対して直がら，分子機構の解明を行ってきた成果が示されている接照射した例などが，すでに報告されているが，今後，大［８］．第５章では，東京大学の小野らによって，担癌モデル

気圧低温プラズマのがん治療への応用を考える上で，プラマウスに対して，低温プラズマ照射により免疫系が活性化

ズマ装置の規格化に基づく国際標準化や動物実験などによされることを発見した画期的な成果が示されている［９］．

る有効性，安全性の評価などが必要である．

大気圧低温プラズマに対する細胞応答を考える上で，重また，プラズマ医療科学は，学際領域の科学であり，プ要な因子として，酸化ストレスが挙げられる．大気中に含ラズマ生命科学に関するグローバルな教育システムの確立

まれる窒素，酸素，水と低温プラズマが反応することによも急務である．

り様々な活性酸素窒素種（Reactive oxygen and nitrogen

人類が科学的に解明すべき未踏のターゲットとして，宇species， RONS）が細胞外に生成される．また，プラズマ

宙と脳が挙げられているが，プラズマ科学は，その両者の生命科学の多くの論文で報告されているように，細胞内にターゲットに挑戦することで，人類の永続的な進展に寄与も RONS が検出される．これまでに，生物学で構築されてできる科学領域を担っている．近い将来，ダークマターやきた酸化ストレスの実験手法や概念がプラズマ医療科学に

核融合エネルギーの科学領域と脳や再生医療の科学領域をおいても適用され，分子機構の解明を牽引してきた．一方融合する重要な学際領域として，プラズマ科学が存在してで，低温プラズマが独自に及ぼす細胞応答なども報告されいることを期待している．

ており，今後，更なる研究が必要である．また，細胞死の種類としてもアポトーシスが多く報告される中，免疫原性

参考文献

細胞死，オートファジー，ネクロトーシス，フェロトーシ

［１］S. Toyokuni et al., Plasma Medical Science (Academic
Press, 2018).
［２］Y. Ikehara et al., J. Photopolym Sci. Technol 26, 555 (2013).
［３］K. Miyamoto et al., J. Clin. Biochem. Nutr. 60, 25 (2017).
［４］S. Sasaki et al., Appl. Phys. Express. 7, 026202 (2014).
［５］M. Jinno et al., Arch. Biochem. Biophys. 605, 59 (2016), DOI
10.1016/j.abb.2016.04.013 (2016).
［６］H. Tanaka et al., Rev. Mod. Plasma Phys. 1, 3 (2017).
［７］T. Adachi et al., Free Radic. Biol. Med. 79C, 28 (2014).
［８］M.U. Rehman et al., Arch. Biochem. Biophys. 605, 19(2016).
［９］K. Mizuno et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 50,12LT01 (2017).

スなど様々な種類の細胞死を引き起こしうることや複数種
類の細胞死を同時に引き起こしうることなども報告されており，これらの事実もプラズマに起因する複雑な入力系が及ぼす複雑かつ特異な出力系として，今後，系統立てて体系化すれば，新たな学理の創成につながる．また，免疫系の活性化においては，複数種類の細胞や組織の遠隔への相互作用を考慮することが必要であり，個体への応答として，新たな免疫学を創成できる可能性を秘めている．
プラズマ医療研究のアプローチとして，プラズマパラ
メータという複雑な入力に対して，個々の生体に対して複１１８

J. Plasma Fusion Res. Vol.97, No.3 (2021)１
１９‐１２２

小特集 大気圧低温プラズマに対する細胞応答とがん治療への展開

２．プラズマ照射溶液が誘発する細胞死
2. Cell Death Induced by Plasma-Activated Solutions
田 中 宏 昌，堀勝１）

TANAKA Hiromasa and HORI Masaru１）
１）

名古屋大学 低温プラズマ科学研究センター（原稿受付：２
０
２
０年１
１月１
９日）

プラズマがん治療研究はプラズマ生命科学において最も挑戦的な研究テーマである．この十数年の間に世界中で，基礎的な研究から応用研究まで幅広く展開されている．これまでに，培養細胞実験レベルから動物実験レベルに至るまで様々ながん細胞が研究されてきた．また，低温プラズマを生体に直接照射するのみならず，プラ
ズマ照射溶液を投与したり，低温プラズマによる免疫原性細胞死を誘導する研究が展開されている．分子機構を考える上で，酸化ストレスが重要視されているが，本章では，プラズマ照射溶液が誘発する細胞死について包括的に紹介する．
Keywords:
low-temperature plasma, cancer treatment, plasma-activated medium (PAM), cell death, signal transduction

２．
１ プラズマがん治療

どが発見され，プラズマがん治療の応用範囲を拡げること

２００４年にストーフェル（Stoffels）らが培養細胞にプラズが可能になった．
２．
２．
１ プラズマ活性溶液の発見

マニードルでプラズマ照射した結果を報告して以来［１］，
様々ながん細胞や正常細胞の培養細胞に対して大気圧低温

我々は，超高電子密度大気圧低温プラズマ装置を開発

プラズマによるプラズマ照射実験が行われてきた．２０１０年

し，がん治療研究を行ってきた．低温プラズマを照射した頃から，免疫不全のヌードマウスの脇腹にがん細胞を移植

培養液を脳腫瘍培養細胞に投与すると抗腫瘍効果を示すこした担癌モデルマウスに対してプラズマを照射し，抗腫瘍とを発見し，プラズマ照射培養液をプラズマ活性培養液効果を示す結果が報告されるようになった［２‐４］．更には（Plasma-activated medium，PAM）と名付けた［７］．照射２０１５年頃から，ドイツやアメリカにおいて臨床応用事例が方法を最適化することにより，アストロサイト正常細胞に報告されるようになった．グライフスヴァルト大学病院

は細胞毒性がなく，脳腫瘍培養細胞を選択的に殺傷するこ（Greifswald University Hospital）の メ テ ル マ ン（Metel-とが可能なPAMの作製にも成功した．我々は，卵巣癌担癌mann）らは頭頚部癌患者１２人に対して，感染性のがん潰瘍

モデルマウス動物実験により，PAM は卵巣癌においてもをプラズマ照射し，鎮痛剤の要求の軽減や細菌による悪臭

抗腫瘍効果を示すことを証明した［４］．我々は更に，産婦人の軽減などの効果が得られたことを報告している［５］．更科，消化器外科と共同で，それぞれ卵巣癌腹膜播種モデルに，頭頚部癌患者６人に対して，腫瘍の増殖をモニターし，

動物実験［８］，胃癌腹膜播種モデル動物実験［９］により，腫瘍が８０％ほど小さくなった後に，急激に大きくなり亡く

PAM の腹腔内投与により腹膜播種を抑制できることを示なった症例や１回治療を行った後に亡くなった症例などのした．我々は更に，臨床に使用されている点滴液（乳酸リ報告がされた［６］．以上のようにプラズマがん治療の研究

ンゲル液，酢酸リンゲル液，重炭酸リンゲル液がよく使わは，この十数年の間に基礎的な研究から臨床応用研究までれている）のプラズマ照射溶液を開発し，それぞれ，プラ

幅広く活発に展開されてきたが，以下では特にプラズマ照

ズマ活性乳酸リンゲル液（Plasma-activated Ringer's lac-

射溶液が誘発する細胞死の分子機構に注目し，これまでのtate solution，PAL），プ ラ ズ マ 活 性 酢 酸 リ ン ゲ ル 液

我々の成果や世界で行われてきた研究成果を紹介する．

（Plasma-activated Ringer's acetate solution，PAA），プ ラ
ズマ活性重炭酸リンゲル液（Plasma-activated Ringer's bi-

２．
２ 直接照射法と間接照射法

carbonate solution，PAB）と名付けた［１０］．細胞分子生物

元々，低温プラズマの使用法としてレーザーメスのよう学実験において培養液と並んで良く使用されるリン酸緩衝

な直接照射法が考えられていたが，２０１０年以降，低温プラ

生理食塩水（Phosphate Buffered Saline，PBS）にプラズマズマを照射した溶液による抗腫瘍効果や，低温プラズマに照射した溶液による細胞毒性についても報告されているより免疫系が活性化され免疫原性細胞死を誘導することな［１１］．プラズマ活性溶液はがん治療のみならず様々な医療

Center for Low-Temperature Plasma Science, Nagoya University, Nagoya, AICHI 464-8603, Japancorresponding author’s e-mail: htanaka@plasma.engg.nagoya-u.ac.jp

１１９!2021 The Japan Society of Plasma
Science and Nuclear Fusion Research

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.97, No.3 March 2021

応用目的にも有効であることがわかってきており，例えば，我々は眼科と共同で，加齢黄斑変性治療にもプラズマ活性溶液が有効であることを報告した［１２］．我々は更に装置メーカーと共同で，プラズマ活性溶液の臨床応用に向けて，気相制御下でプラズマ活性溶液を作製する装置を開発した［１３］．
２．
２．
２ 低温プラズマによる免疫原性細胞死の誘導
ドレクセル大学のグループは，マイクロ秒パルス誘電体
バリア放電（Dielectric Barrier Discharge，DBD）プラズマ
及びナノ秒パルス DBD プラズマを用いて，低温プラズマ
が免疫原性細胞死（immunogenic cell death，ICD）を誘導しうることを示した［１４，１５］．免疫原性細胞死とは，治療により死につつあるがん細胞が発するシグナルが引き金となって免疫系を活性化しその他のがん細胞も遠隔的に攻撃する よ う な タ イ プ の 細 胞 死 で，Damage Associated Molecular Patterns（DAMPs）と呼ばれるシグナルを発し，免疫原性細胞死を誘導する が ん 細 胞 の 表 面 に Calreticulin（CRT）タンパクが発現したり，細胞外に ATP を放出したりなどする．ドレクセル大学の Lin らは，培養細胞の実験系により，低温プラズマが DAMPs を誘導することにより
ICD を誘導しうることを示した．更に Lin らは，担癌モデ
ル動物実験系により，低温プラズマ処理した結腸癌細胞をワクチンとして用いて，低温プラズマが ICD を誘導できることを動物実験レベルで実証した［１６］．一方で，東京大学
小野らは，担癌モデルマウス実験系により，片方の脇腹に移植したがん細胞にプラズマ照射すると反対側の脇腹に移植したがん細胞に対しても腫瘍抑制効果を示すことを見出
し，低温プラズマによる免疫系の活性化について実証した
図１

［１７］．

２．
３ プラズマ活性溶液による細胞死の分子機構

プラズマ活性溶液による細胞死の分子機構．

を引き起こすと考えられている．
２．
３．
１ 酸化ストレス

低温プラズマは電子，イオン，ラジカル，光などからなる複合体であるが，大気中の窒素，酸素，水などと反応しROS がターゲットとする生体内高分子として，タンパクて，一酸化窒素，原子状酸素，ヒドロキシルラジカルなど

質，核酸，脂質などがよく研究されており，例えば，脂質の短寿命活性種を生成し，液相中では，過酸化水素，亜硝

過酸化を測定する方法として，TBARS（2-thiobarbituric

酸イオン，硝酸イオンなどの長寿命活性種を生成し，更に，

acid reactive substances）という方法が用いられ，多価不溶液中の成分と反応し，溶液の種類に応じて，多様な生理飽和脂肪酸脂質過酸化物の分解物であるマロンジアルデヒ

活性物質を生成すると考えられている（図１）．

ド（MDA）の量として測定される．また，DNA の酸化損

過酸化水素と亜硝酸イオンが反応することにより，過酸

傷マーカーとして 8-OHdG が使われている．我々は生体反化亜硝酸が生成し，更に過酸化水素と反応することにより応病理学と共同で，低温プラズマによる安全性の評価のた一重 項 酸 素 が 生 成 す る．フ ラ イ ブ ル グ 大 学 の Bauer ら

めに TBARS や 8-OHdG の測定を行った［１９］．また，最近，は，一重項酸素が細胞表面の Catalase を不活化することに鉄に依存した脂質過酸化の連鎖がもたらす新規の細胞死とより，細胞表面付近に過酸化水素と過酸化亜硝酸が常に存してフェロトーシスが提唱され，低温プラズマやプラズマ

在する状態が実現され，そのことで，二次的な一重項酸素

活性溶液により細胞にフェロトーシスが誘導される可能性

が細胞表面付近に生成されることで，過酸化水素の細胞内が示唆されている［２０］．

の流入を促進することで細胞死が導かれるというモデルを

２．
３．
２ 小胞体（ER）ストレス提唱した［１８］．

タンパク質はアミノ酸からなるが，アミノ酸の酸化はタ

低温プラズマやプラズマ活性溶液で処理された細胞の多ンパク質の機能に影響を与える．例えば，システインはタ

くは細胞内に活性酸素窒素種（Reactive oxygen and nitro-

ンパク質中のその他のシステインとジスルフィド結合を通

gen species，RONS）を生成することが報告されており，

じてタンパク質の高次構造を作り，タンパク質の折り畳み

RONS が細胞内のタンパク質などと相互作用することによ（フォールディング）に必要と考えられているが，ジスルり，酸化ストレス応答を誘導して，細胞死などの細胞応答

フィド結合は酸化還元状態（レドックスバランス）により
１２０

Special Topic Article

2. Cell Death Induced by Plasma-Activated Solutions

H. Tanaka and M. Hori

制御され，レドックスバランスが保たれないと，正常な高シグナル伝達経 路 を 抑 制 す る こ と を 発 見 し て い た が，次構造を持つタンパク質が維持されない．細胞内小器官のPI3K-AKT シグナル伝達経路は GADD45!遺伝子の発現を１つである小胞体（endoplasmic reticulum，ER）はこのよ

負に制御していることも知られているため，これらの結果

うな異常な高次構造を形成したタンパク質を正常に戻す役

は全て首尾一貫していると考えられる．我々は更に，定量割を担っていると考えられているが，異常な高次構造を形

リアルタイム PCR 法によりマイクロアレイ解析により同成したタンパク質が蓄積されると，小胞体ストレスとして定された遺伝子発現量の経時測定を行い，PAM 投与した検知され，アポトーシスなど細胞死のシグナル伝達を引き脳腫瘍培養細胞において，GADD45 シグナル伝達経路に関起こすことも知られている．我々はプラズマ活性溶液が小連する遺伝子発現量が上昇することを確認する一方で，

胞体ストレスのマーカーとして知られているいくつかの遺

PAL 投与した脳腫瘍培養細胞においては，それらの遺伝子

伝子発現を上昇させることを見出した［２１］．先に述べた免発現の上昇が見られないことも確認した．以上の結果よ疫原性細胞死のDAMPsの１つであるCRTは一般的に小胞り，PAM は脳腫瘍培養細胞に対して酸化ストレス依存的

体内腔に局在し，新規に合成されたタンパク質の品質管理

な細胞死を誘導し，PAL は酸化ストレス非依存的な細胞死やフォールディングに関係することが知られており，小胞を誘導すると結論づけた．今後，PAL がどのようなシグナ

体ストレスと免疫原性細胞死は密接に関係していると考え

ル伝達経路により細胞死を誘導するのかを明らかにしたい

られている．

と考えている．更には，細胞内の化学反応の網羅的な解析

２．
３．
３ DNA 損傷応答による細胞死を行うことにより，低温プラズマやプラズマ活性溶液が細細胞内の RONS は，塩基損傷，塩基脱落，１本鎖 DNA胞に及ぼす影響を遺伝子発現ネットワーク，シグナル伝達

切断，２本鎖 DNA 切断など，DNA にも損傷を与えること

ネットワーク，代謝ネットワークの相互作用として包括的が知られている．またこれらのDNA損傷は，放射線などにに解明したいと考えている（図２）．

よっても引き起こされるほか，常日頃から酸化ストレスに

２．
４ 結論

さらされているため，ある一定の割合で起こっていると考えられるが，通常では，DNA 損傷修復機構が働き，これら

現在，プラズマがん治療について世界中で盛んに研究さの DNA 損傷による突然変異の蓄積から回避されている．

れている．大きく直接照射法と間接照射法に分類すること

しかしながら，細胞内の RONS が増える等して，DNA 損傷

ができ，間接照射法はプラズマ活性溶液を使用する方法と修復機構が間に合わないほどの酸化ストレスを受けると，免疫系を活性化する方法に分類できる．プラズマがん治療

アポトーシスなどの細胞死のプログラムが引き起こされる研究としては臨床応用研究が行われているものから，基礎と考えられている．２本鎖 DNA 切断のマーカーとして的な研究が行われているものまで幅広く研究が進められて"-H2AX と呼ばれるリン酸化されたヒストン H2AX がよくいる．様々ながん細胞に対して，培養細胞実験レベルから用いられる．DNA に２本鎖切断が発生すると，H2AX がリ

動物実験レベルまで展開されてきた．低温プラズマによるン酸化されることを利用して，γ-H2AX の蛍光抗体により細胞死の分子機構についても酸化ストレスに関連するもの

２本鎖 DNA 切断を可視化させることができる．この技術が多く報告される一方で，未知の機構についての報告もあを用いて，低温プラズマが細胞内で２本鎖 DNA 切断を誘り，特に間接照射法においては未解明の謎が多くある．今導することが示されている［２２］．

後，臨床応用などの実用化に向けて，有効性，安全性の試

２．
３．
４ 酸化ストレス依存性の細胞死と酸化ストレス非依

験及び，低温プラズマが直接的あるいは間接的に生体に及存性の細胞死ぼす機構の更なる解明が必要である．

前述 の よ う に，我 々 は PAM と PAL を 開 発 し て き たが，PAM と PAL は，脳腫瘍培養細胞に対して全く異なる分子機構で細胞死を誘導することがわかった［２３］．まず，
我々は PAM 投与した脳腫瘍培養細胞と PAL 投与した脳腫
瘍培養細胞の細胞内 ROS を可視化し，PAM の方が PALに比べ脳腫瘍培養細胞に多くの細胞内 ROS を誘導することを発見した．更にマイクロアレイ解析により，PAM 投与
した脳腫瘍培養細胞の遺伝子発現を網羅的に調べたとこ
ろ，GADD45!，ATF3，CDKN1A など GADD４５シグナル伝達経路に関連する遺伝子が PAM 投与により遺伝子発現量が２倍以上に増加した遺伝子群のトップ１０の中にリストアップされた．GADD45 シグナル伝達経路は酸化ストレスに応答してアポトーシスを誘導するシグナル伝達経路であり，PAM 投与した脳腫瘍培養細胞では，細胞内の ROSに応答して，GADD45 シグナル伝達経路が活性化すること
図２

によりアポトーシスを誘導することが示唆された．また，
我々は先に PAM 投与した脳腫瘍培養細胞は，PI3K-AKT
１２１

プラズマ活性溶液による遺伝子発現，シグナル伝達，代謝
ネットワークへの影響．

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.97, No.3 March 2021

［１２］F. Ye et al., Sci. Rep. 5, 7705 (2015).
［１３］K. Nakamura et al., Plasma Process Polym. DOI ARTN
e1900259 10.1002/ppap.201900259 (2020).
［１４］V. Miller et al., Phys. Plasmas 22, 122005 (2015).
［１５］A. Lin et al., Plasma Process Polym. 12, 1392 (2015).
［１６］A.G. Lin et al., Oncoimmunology 7, e1484978 (2018).
［１７］K. Mizuno et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 50, 12LT01 (2017).
［１８］G. Bauer et al., Redox Biol. 26, 101301 (2019).
［１９］Y. Okazaki et al., J. Clin. Biochem. Nutr. 55, 207 (2014).
［２０］S. Toyokuni et al., Cancer Sci. 111, 2665 (2020).
［２１］T. Adachi et al., Free Radic. Biol. Med. 79C, 28 (2014).
［２２］S. Kalghatgi et al., PLoS One 6, e16270 (2011).
［２３］H. Tanaka et al., Sci. Rep. 9, 13657 (2019).

参考文献［１］I.E. Kieft et al., Bioelectromagnetics 25, 362 (2004).
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［３］M. Keidar et al., Br. J. Cancer. 105, 1295 (2011).
［４］F. Utsumi et al., PLoS. One 8, e81576 (2013).
［５］Hans-Robert Metelmann et al., Clin. Plasma Med. 3, 17(2015).
［６］H.R. Metelmann et al., Clin. Plasma Med. 9, 6 (2018).
［７］H. Tanaka et al., Plasma Med. 1, 265 (2013).
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［９］S. Takeda et al., Ann. Surg. Oncol. 24, 1188 (2017).
［１０］H. Tanaka et al., Sci. Rep. 6, 36282 (2016).
［１１］D.Y. Yan et al., Sci. Rep.-Uk 6, 26016 (2016).

１２２

J. Plasma Fusion Res. Vol.97, No.3 (2021)１
２３‐１２８

小特集 大気圧低温プラズマに対する細胞応答とがん治療への展開

３．大気圧低温プラズマによる細胞のエネルギー産生障害の分子機構
3. Non-Thermal Atmospheric Pressure Plasma-Induced Dysfunctionof Cellular Energy Production
原宏 和， 足 立 哲 夫

HARA Hirokazu and ADACHI Tetsuo
岐阜薬科大学 臨床薬剤学研究室（原稿受付：２
０
２
０年１
１月６日）

大気圧低温プラズマ（NTAPP）照射は，正常細胞に比べがん細胞に対しより強く傷害を及ぼすことから，がんの新規治療法として期待されている．NTAPP 照射により活性酸素種（ROS）が生成することから，ROS がNTAPP の抗がん活性発現に重要な役割を担っていると考えられているが，その機序には不明な点も多い．本章
では，NTAPP 照射により生成された ROS が優先的にがん細胞を死滅させる機序について，がん細胞のエネル
ギー代謝の視点から解説する．
Keywords:
non-thermal atmospheric pressure plasma, reactive oxygen species, NAD+, glycolysis, mitochondria

ジヌクレオチド（nicotinamide adenine dinucleotide; NAD＋）

３．
１ はじめに
近年，大気圧下で安定してプラズマを生成させることがが減少することを報告している［７］．NAD＋は，エネルギー可能となり，この大気圧低温プラズマ（non-thermal atmos-

産生，DNA 修復，遺伝子発現など，細胞機能の制御を担う

pheric pressure plasma; NTAPP）をがん治療，止血，創傷重要な物質である［８］．PAM による NAD＋の減少は，ATP治癒などの医療分野へ応用する取り組みが精力的に進めらの枯渇などエネルギー産生障害を伴う細胞死を誘導する．

れている［１‐３］．特に，NTAPP 照射は正常細胞に比べてがそれゆえ，がん細胞に特有のエネルギー代謝が NTAPP

ん細胞に対しより強く傷害を及ぼすことから，NTAPP はの抗がん活性を導いている可能性が考えられる．

がんの新規治療法として期待されている［４］．NTAPP 照射

本章では，NTAPP 照射により産生する ROS が，がん細は細胞に直接 照 射し た 場 合 だ け で は な く，あ ら かじめ胞のエネルギー産生障害を引き起こす機序について最近の

NTAPP を照射した培地（plasma-activated medium; PAM）

知見を紹介したい．

や乳酸リンゲル液（plasma-activated lactated Ringer's solution; PAL）などをがん細胞に負荷する間接照射によって

３．
２ NTAPP 照射に対する細胞のレドックス応答

も，抗がん作用を発揮する［５］．NTAPP を照射した溶液に

３．
２．
１ NTAPP 照射溶液中の活性分子種

は活性酸素種（reactive oxygen species; ROS）や活性窒素

NTAPP 照射された培養液（DMEM），リン酸緩衝生理

種（reactive nitrogen species; RNS）が含まれていることか

食塩水（PBS），リンゲル液などの液体中には，ROS や RNSら，これらの活性分子種による酸化ストレスが細胞死を引など多くの活性分子種が含まれている．我々も，PAM や

き起こすと考えられているが，詳細な作用機序には未だ不PAL 中には高濃度（600〜800 μM）の H2O2 が存在していることを報告している［５］．H2O2 は NTAPP 照射時に気相で明な点が多い．
細胞は自らの生存のためにエネルギーを必要とする．が起きる反応により生成し，この H2O2 が液体中に拡散するん細胞のエネルギー産生機構は正常細胞とは異なり，高エことが報告されている［９］．また，NTAPP 照射溶液中に多ネルギー物質である ATP の産生効率の良いミトコンドリ

量のヒドロキシルラジカルが生成していることから，液体

アにおける酸化的リン酸化ではなく，主に細胞質での解糖中でヒドロキシルラジカルから H2O2 に変換されている可系を利用している［６］．がん細胞におけるこの特有なエネ能性も示されている［１０］．

ルギー代謝プロファイルの変化は，ワールブルグ効果とし

NTAPP 照射溶液中には，ROS 以外に，一酸化窒素（NO）て知られている．我々は以前，がん細胞をPAMで処理したや亜硝酸イオン（NO−などの RNS も含まれており，Griess
2 ）ときに生じる細胞死では，細胞内ニコチンアミドアデニン法を用いた測定から，PAM または PAL 中の NO−
2 の濃度は

Gifu Pharmaceuticals University, GIFU 501-1196, Japancorresponding author’s e-mail: hara@gifu-pu.ac.jp

１２３!2021 The Japan Society of Plasma
Science and Nuclear Fusion Research

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.97, No.3 March 2021

ミ リ モ ル 濃 度 に 達 す る こ と が わ か っ て い る．ま た，

存性の細胞死を引き起こすことが報告されている［１３］．そNTAPP 照射時には，溶液中に NO とスーパーオキシドア

れゆえ，Zn２＋自体はレドックス非感受性金属であるが，酸ニオン（O−
2 ）により生成する高反応性のペルオキシナイト

化ストレスによる細胞障害と密接に関連している．また，ライト（ONOO−）も検出される．

Zn２＋は酸化ストレス誘導性の細胞内メディエーターとして働くため，Zn２＋結合タンパク質は ROS/RNS シグナルを

NTAPP を照射し作製した PAM や PAL は様々なタイプのがん細胞を死滅させる［４，５］．この PAM 誘発性の細胞死

亜鉛シグナルに変換する分子スイッチとして機能しているは，抗酸化剤（N‐アセチルシステイン，グルタチオンなど）（図１A）．

あるいは抗酸化酵素（カタラーゼなど）によって抑制され

ヒ ト 神 経 芽 腫 SH-SY５Y 細 胞 を PAM で 処 理 し た とる．また，PAM や PAL 中に含まれている H2O2（＞600 μM）

き，PAM 誘導性細胞死が引き起こされるが，この細胞死は

お よ び NO−2 （＞1 mM）に 相 当 す る 濃 度 の H2O2 お よ び

細胞透過性 Zn２＋キレート剤である N ，N ，N’ ，N’ -tetrakis

NO−
2 を添加した DMEM またはリンゲル液で細胞を処理し（２‐pyridylmethyl）ethylenediamine（TPEN）存在下で抑たとき，ある程度 PAM や PAL 誘発細胞死を再現すること制される［７］．蛍光 Zn２＋プローブ FluoZin-3 を用いた細胞ができることから，NTAPP 照射が引き起こすがん細胞の内 Zn２＋イメージングの実験により，我々は，PAM 曝露後細胞死には，ROSやRNSによる酸化ストレスが密接に関与

速やかに SH-SY5Y 細胞内の遊離 Zn２＋レベルが上昇するこしていると考えられている．しかし，H2O2 やNO−
2 のみの添とを報告している（図１B）．また，抗酸化剤 NAC は遊離

加では PAM の細胞毒性を完全に再現することができない

Zn２＋の上昇を抑制する．これらの結果は，PAM 誘導細胞［１１］．それゆえ，PAM（または PAL）誘導性の細胞死には傷害において，Zn２＋結合タンパク質の酸化修飾により遊離

H2O2 や NO−
2 以外の因子も寄与していると考えられている

する Zn２＋が重要な役割を担っていることを示唆していが，それら因子については未だ十分な解明がなされていな

る．そ れ ゆ え，PAM に よ る 細 胞 内 Zn２＋恒 常 性 の 破 綻

い．

は，PAM による細胞傷害と密接に関連していると推察さ

３．
２．
２ ROS によるタンパク質の酸化修飾れる．

細胞はタンパク質など生体分子の酸化還元（レドックス）
反応を利用し細胞機能を制御している．タンパク質のシステイン残基に含まれるチオール基は酸化修飾を受けやす
く，ROS はチオール基の酸化修飾を介して様々なタンパク質の活性を可逆的に調節していることから，細胞内の重要なシグナル伝達物質として機能していると考えられている．
タンパク質内のシステイン残基は ROS の主要な標的であり，一般にシステインのチオール基は，H2O2 などの ROSによって速やかにシステインスルフェン酸（‐SOH）に酸化され，ジスルフィド結合を形成する．スルフェン酸がさらに酸化されると，スルフィン酸（‐SO2H）またはスルホン酸（‐SO3H）となる．スルフェン酸への酸化とジスル
フィド結合の形成は可逆的な修飾であるのに対し，スルフィン酸やスルホン酸への変換はシステイン残基の不可逆的な修飾であると考えられている．NTAPP 照射がシステ
インの酸化を引き起こし，スルホン酸が生成することも報告されている［１２］．このように，NTAPP 照射により生成された ROS はタンパク質に含まれているシステイン残基の酸化 修 飾 を 引 き 起 こ し，酵 素 阻 害，細胞 内 遊 離 亜 鉛（Zn２＋）の増加，細胞内 ROS 産生亢進など様々な細胞応答を誘発する．
３．
２．
３ PAM による細胞死と細胞内遊離 Zn2＋の関連性
必須微量元素である Zn２＋は酵素の活性発現やタンパク
質の高次構造の維持に重要な役割を担っている．細胞内
Zn２＋の大部分（８０〜９０％）は，亜鉛フィンガー構造を有す
る転写因子やメタロチオネイン（MT；システインに富んだ分子量 6−7 kDa の金属結合タンパク質）などの Zn２＋結合タンパク質のシステイン残基やヒスチジン残基に配位し図１ているため，細胞内の遊離 Zn２＋濃度は非常に低い．ROS/
RNS によるシステインチオールの修飾は Zn２＋結合タンパ
ク質などから Zn２＋の遊離を促し，遊離した Zn２＋は Zn２＋依１２４

ROS による細胞内 Zn2+の動態変化 A）
システインのチオー
ル基の酸化修飾による Zn2+含有タンパク質からの Zn2+遊離 B）
PAM 処理による SH-SY5Y 細胞内遊離 Zn2+の 増 加
Scale bar ＝ 200 μm.

Special Topic Article

3. Non-thermal Atmospheric Pressure Plasma-Induced Dysfunction of Cellular Energy Production

H. Hara and T. Adachi

３．
３ NTAPP 処理溶液による細胞のエネルギー産
生障害
３．
３．
１ がん細胞と解糖系
グルコースは細胞における主要なエネルギー供給源である．グルコースは細胞に取り込まれた後，一連の酵素反応による代謝を受け，最終的に２分子のピルビン酸まで分解される（図２）．このグルコース異化の過程は解糖系として知られている．その後のピルビン酸代謝は酸素の有無により異なり，好気的条件下ではピルビン酸はミトコンドリ
アにおいてアセチル‐CoA に変換され CO2 まで分解されるが，嫌気的条件下では乳酸デヒドロゲナーゼ（lactate dehydrogenase; LDH）により代謝され乳酸を生成する（乳酸発酵）．解糖系では１分子のグルコースから２分子の ATP
しか生成されないが，好気的条件下でピルビン酸から変換されたアセチル‐CoA は，ミトコンドリアのトリカルボン酸（TCA）回路および酸化的リン酸化を経て大量の ATPを産生する．
がん細胞は，その高い増殖能を維持するために特有のエネルギー代謝システムを有している．一般に，がん細胞はエネルギーを得るために，ATP 産生効率が高いミトコン
ドリアにおける酸化的リン酸化よりも解糖系を主に利用し

図２

NTAPP 照射による解糖系の阻害．

ている．そのため，がん細胞ではグルコースの取り込みが著しく増加し，乳酸の生成が増加している．がん細胞にお抑制が認められるが，H2O2 により GAPDH の活性は著しくけるこのようなエネルギー代謝プロファイルの変化は，阻害される一方で，他の解糖系酵素の酵素活性はほとんど

ワールブルグ効果として知られている［６］．LDH によるピ影響を受けない［１５］．また，H2O2 による GAPDH の阻害はルビン 酸 の 乳 酸 発 酵 は，グ リ セ ル アル デ ヒ ド３
‐リ ン 酸

その活性部位に存在するシステインのチオール基の酸化修（glyceraldehyde 3-phosphate; G3P）を１，
３‐ビスホスホグリ

飾により生じることが報告されている［１６］．それゆえ，セリン酸（1,3-bisphosphoglycerate; 1,3-BPG）に変換する際

PAM による解糖系の抑制は，PAM 中に含まれている高濃に必要な NAD＋を再生成するため，この過程は増大した解度の H2O2 による GAPDH 阻害が関与していると推察され糖系フラックスを維持するために機能している．がん細胞る（図２）．解糖系におけるグルコース代謝の阻害は，がんと正常細胞の間のエネルギー代謝のこのような違いが，が細胞におけるエネルギー産生を低下させることから，がんん細胞が NTAPP に対して高い感受性を示すことに寄与し治 療 の 有 望 な 戦 略 の 一 つ で あ る．Kaushik ら は［１７］，ている可能性が考えられている．

THP‐
１細胞や U９３７細胞などの単球系細胞株に NTAPP を

３．
３．
２ NTAPP による解糖系の阻害

直接照射したとき，２‐デオキシ‐D‐グルコース（2-deoxy-

PAM 処理が神経膠芽腫 U251SP 細胞の解糖系に影響をD-glucose; 2-DG）存在下では NTAPP の細胞傷害性が増強及ぼすことが報告されている［１４］．メタボロミクス解析にされることを報告している．NTAPP 照射と２
‐DG の併用処より，PAM で 処 理 し た U251SP 細 胞 で は G3P 量 が上昇

理は細胞内 ATP の枯渇を誘引し，この併用処理は正常なし，３‐ホスホグリセリン酸（3-phosphoglycerate; 3-PG）量

末梢血単核細胞よりもがん細胞でより効果的であった．細が低下することが判明した．グリセルアルデヒド‐３‐リン胞内に取り込まれた２‐DG は，ヘキソキナーゼにより２‐デオキ

酸デ ヒ ド ロ ゲ ナ ー ゼ（glyceraldehyde 3-phosphate dehy-

シ‐D‐グルコース‐６‐リン酸（2-deoxy-D-glucose-6-phosphate;drogenase; GAPDH）は，NAD＋の存在下で G3P を 1,3-BPG

2DG-6-P）に変換されるが，2DG-6-P はそれ以上代謝されなに変換する酵素であり，この反応は解糖系の律速段階といため，2DG-6-P が蓄積し，グルコース‐
６‐リン酸イソメ

なっている．この反応に続いて，1,3-BPGがホスホグリセリ

ラーゼの阻害を引き起こす．それゆえ，2-DG は解糖経路のン酸キナーゼにより３‐PG に変換されるとき，ADP から最初の段階を阻害する．実際，2-DG の投与は，放射線や抗ATPが生成される（図２）．それゆえ，GAPDHの基質であがん剤の抗がん効果を高めることも示されている［１８］．しる G3P の蓄積は GAPDH の阻害が起きていることを示してたがって，解糖系を阻害する薬物との併用は NTAPP の抗おり，PAM による解糖系の抑制は細胞内 ATP を減少させがん活性を増大させるのに有効であると考えられる．

ると推察される．多くのがん細胞は ATP 供給を解糖系に

３．
３．
３ NTAPP による細胞内 NAD＋の低下
NAD＋は生体における酸化還元反応を担う重要な補酵素

依存しているため，PAM による解糖系の抑制はがん細胞の生存に影響を及ぼすと考えられる．

であり，エネルギー産生，DNA 修復，遺伝子発現など多様

GAPDH は酸化ストレスに対して感受性が高いことが知な生理機能の発現に寄与している．高い増殖能を有するがられている．H2O2 処理により心筋細胞でグルコース代謝のん細胞は，その代謝需要を満たすために NAD＋の代謝回転
１２５

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.97, No.3 March 2021

が速く，NAD＋の供給はニコチンアミド（nicotineamide;の細胞内蓄積はミトコンドリアからアポトーシス誘導因子

NAM）から NAD＋を再合成するサルベージ経路に依存し（AIF）やチトクローム c の放出を促進することで，細胞死ている（図３）．解糖系においても，NAD＋は GAPDH によのシグナル伝達を誘発することも報告されている．

る G3P から 1,3-BPG への変換 に 必 須 で あ る．そ れゆえ，

また，神経細胞の過剰な Zn２＋曝露は，細胞内の NAD＋レ

NAD＋の著しい欠乏は解糖系の律速段階である GAPDH

ベルを低下させ，GAPDH 活性を抑制することが報告されの反応を阻害し，細胞内 ATP を枯渇させ，エネルギー不足ている［２０］．それゆえ，ROS に加え，PAM による解糖系を伴う細胞死を誘導する［１９］．実際，細胞内 NAD＋低下の阻害には，遊離したZn２＋が部分的に関与している可能性を抑制するピルビン酸の投与は PAM による細胞障害を抑もある（図２）．

制することから，PAM による細胞死は細胞内 NAD＋低下

３．
３．
４ ニコチンアミドホスホリボシルトランスフェラーゼ阻害剤の併用効果

により 引 き 起 こ され て い る と 考え ら れ る［５］．一 方 で，我々は，ピルビン酸の存在下では，PAM 中の H2O2 量が減

上述したように，NAD＋のサルベージ経路はがんの増殖少することからピルビン酸自体が抗酸化剤として機能も有に重要な役割を担っている．NAD＋のサルベージ経路の律していることを報告している［５］．それゆえ，PAM の細胞

速酵素であるニコチンアミドホスホリボシルトランスフェ

傷害の抑制はピルビン酸の抗酸化作用が関与している可能ラーゼ（nicotinamide phosphoribosyltransferase; NAMPT）

性も否定できない．

は，NAM から NAD＋前駆体であるニコチンアミドモノヌ＋

NTAPP 照射が細胞内 NAD を減少させる原因の一つ

クレオチド（nicotinamide mononucleotide; NMN）を生成に，ポ リ［ADP‐リ ボ ー ス］
ポ リ メ ラ ー ゼ‐
１（Poly[ADP-する酵素で，多くのがん細胞でその発現が亢進している

ribose]polymerase 1; PARP-1）の関与が指摘されている．

［２１］．FK866 などの NAMPT 阻害剤は，細胞内の NAD＋おPARP-1 は，NAD＋を利用してポリ［ADP‐リボース］を形

よび ATP を枯渇させ，がん選択的な細胞傷害を誘導する成する酵素であり，標的となるタンパク質のポリ ADP リ

ことから［２２］，NAMPT は抗がん剤開発の有用なターゲッ

ボシル化を促進する．この酵素は，DNA 複製，DNA 修復，

トの一つに挙げられてる．

アポトーシスなど様々な反応で重要な役割を担っている．

FK８６６は細胞内 NAD＋レベルを低下させることで，がんPARP-1 は，DNA 損傷誘導剤や放射線により DNA 損傷を細胞におけるGAPDHの反応を阻害するため，我々はPAM受けた後，DNA 損傷部位にリクルートされ，PARP-1 自身の抗がん効果は FK866 との併用により増強されるとの仮や DNA 修復関連タンパク質の ADP リボシル化を促進す説を立てた（図３）．そこで，PAM と FK866 の併用効果をる．PARP-1 欠損症では放射線による DNA 損傷や細胞毒性

確 か め た と こ ろ，乳 が ん MDA-MB-231 細 胞 に お い て，に対する感受性が高くなることから，この酵素は DNA 損

PAM 単独処理に比較し PAM と FK866 の併用により著し傷の修復に必要な酵素であると考えられる．しかし一方

い細胞死が引き起こされた［２３］．FK866 は細胞内 NAD＋＋で，PARP-1 の過剰な活性化は著しい NAD の消費を促進を減少させ，細胞内 ATP の枯渇を引き起こすことから，

し，ATP 枯渇に伴う細胞死を引き起こす．実際に，PAM

PAM と FK866 の併用療法は細胞内のエネルギー産生を効

で細胞を処理したとき，PARP-1 の活性化が亢進し，細胞率的に阻害すると推察される．また，PAM と FK866 の併

内 NAD＋および ATP 量は減少した［５，７］．また，PARP-1

用により，MDA-MB-231 細胞の細胞内 ROS が増大するこ阻害剤は，PAM による細胞死を抑制した．これらの結果かとも確認された．このROSの亢進はNAD＋の減少による抗＋ら，PARP-1によるNAD の過剰消費はPAM誘導細胞死の酸化酵素の活性低下が関与している可能性がある．これら主要な 要 因 で あ る こ と が 推 察 さ れ る（図３）．さ ら に，の結果から，FK866 などの NAMPT 阻害剤との併用は，PARP-1 の過剰な活性化より生じるポリ［ADP‐リボース］

PAM の抗がん活性を高めるのに効果的であると考えられる．

３．
４ NTAPP によるミトコンドリア障害
３．
４．
１ トリカルボン酸回路の阻害
細胞のエネルギー産生を担うミトコンドリアは，酸化的リン酸化により ATP を生産している．そのため，ミトコン
ドリアの機能不全により，細胞はエネルギー不足に陥る．
トリカルボン酸（TCA）回路（Krebs 回路またはクエン酸回路とも呼ばれている）は，ミトコンドリア内に存在している８つの酵素から構成されている．これらの酵素は，酸化的リン酸化で利用される還元型補酵素 NADH と FADH2を生成する一連の反応を行っている．TCA 回路の２つの酵素，アコニターゼと !
‐ケトグルタル酸デヒドロゲナーゼ（!-ketoglutarate dehydrogenase; KGDH）は，酸化ストレ
図３

NTAPP 照射および NAMPT 阻害剤による細胞内 NAD+量の低下の機序．

スの影響を受けやすいことが知られている［２４］．
直接的および間接的 NTAPP 照射はともにミトコンドリ
１２６

Special Topic Article

3. Non-thermal Atmospheric Pressure Plasma-Induced Dysfunction of Cellular Energy Production

H. Hara and T. Adachi

ア機能を低下させる．ケラチノサイト細胞株 HaCaT 細胞起こすことが報告されている［３１］．それゆえ，細胞内のを He あるいは He-N2 プラズマを照射した PBS にて処理しZn2+は，部分的には，PAM 誘発ミトコンドリア機能不全にたとき，ミトコンドリアのアコニターゼおよび KGDH の不も関与している可能性も考えられる．これらの結果から，活性化や，ミトコンドリア活性の低下が認められた［２５］．

NTAPP 照射により生成した ROS は，ミトコンドリア機能

我々も PAM で処理した SH-SY5Y 細胞においてアコニター

障害やミトコンドリア ROS の産生に密接に関与している

ゼ活性が低下することを報告している［２６］．また，PAMと考えられる．

によるアコニターゼの阻害は Zn2＋キレート剤 TPEN によ

一方，田中らは［３２］，NTAPP 照射乳酸リンゲル溶液

2+

り抑制された．精製アコニターゼを用いた実験では，Zn（PAL）中には ROS が存在するにもかかわらず，PAL で処はアコニターゼ活性を直接阻害することも報告されている

理したヒト神経膠芽腫 U２５１SP 細胞では ROS の産生増加が2+［２７］．さらに，KGDH の活性も Zn によって強く阻害され認められないことを報告している．これらの実験結果の差

る［２８］．このことは，ROS に加え，遊離 Zn２＋も NTAPP

異は，実験条件の違い（NTAPP 源，溶液の種類，処理時誘発される TCA 回路の阻害やミトコンドリア機能障害に間，細胞の種類など）が NTAPP 誘導性ミトコンドリアの関与していることを示唆 し て い る．一 方，Kurake らは

ROS 産生に影響を与えている可能性がある．NTAPP 処理［１４］，メタボローム解析を行い，PAM で処理した細胞で後の細胞内 ROS 産生の詳細なメカニズムを解明するためは TCA サイクルに関連する代謝物のレベルが変化しないには，さらなる研究が必要である．

ことを報告している．この結果の差異の理由は不明である

３．
５ まとめ

が，NTAPP 照射液中の ROS/RNS 量の違いや，NTAPP
照射液の処理時間の違いが細胞の代謝に影響を与えている

NTAPP 照射によって生成された ROS/RNS は，タンパのかもしれない．

ク質の酸化修飾，細胞内 NAD＋量の減少，Zn2+の遊離など

３．
４．
２ 電子伝達経路の阻害

様々な細胞応答を誘発し，解糖系の阻害やミトコンドリア

好気的条件下ではミトコンドリアにおける酸化的リン酸

機能障害を引き起こす．がん細胞は，正常細胞とはエネル化を介して，大部分の ATP は生成されている．酸化的リンギー代謝プロファイルが異なっており，主に解糖系を利用

酸化の過程は，ミトコンドリア内膜に存在する電子伝達

して細胞のエネルギー需要を満たしている．それゆえ，系（ETC）の４つの主要なタンパク質複合体（I〜IV）とNTAPP 照射により生じる NAD＋の減少は，がん細胞で亢F0F1-ATP 合成酵素（複合体 V としても知られている）で進している解糖系の阻害することで，がん細胞におけるエ構成されている．細胞に取り込まれた酸素の約９５％は，複ネルギー産生を抑制すると考えられる．NTAPP 照射が，合体 IV としても知られるチトクロームc酸化酵素によって正常細胞に比べ，がん細胞に対して感受性が高い理由の一代謝され，２分子の水を生成するが，全酸素の数％は消費

つにはこのようながん細胞特有のエネルギー代謝が関与しされず，ROS の生成につながる．それゆえ，ミトコンドリていると推察される．一方，H2O2 やNO−
2 の培養液中への添

アは，生理的あるいは病理学的条件下での細胞内 ROS の主加ではPAMによる細胞死を完全には再現しないことから，な発生源であると考えられ，細胞傷害に関与していること同定されていない因子が解糖系などの阻害に関与しているが指摘されている．

可能性もある．近年，NTAPP の抗がん活性のメカニズム

こ れ ま で に，い く つ か の 種 類 の が ん 細 胞 に お い て，の解明は大きく進展したが，未だ十分に理解できたとはい

NTAPP の直接および間接照射によりミトコンドリアにおえず，安心・安全なプラズマ医療を提供するためには，さける ROS 産生が増加することが報告されている．現在，そらなる研究の飛躍が期待される．

のメカニズムは完全には解明されていないが，PAM 中の謝

ROS による ETC 複合体の阻害，ミトコンドリア膜電位（!"）の消失などのミトコンドリア障害がミトコンドリア

辞

本研究は JSPS 科研費 JP26460630 および 17K08957 の助成を受けたものである．

由来の ROS の産生亢進を引き起こしていると考えられる．
実際，複合体 I〜III は酸化およびニトロ化ストレスの影響を受けやすく，ROS/RNS はこれら複合体の活性を直接阻

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神経芽腫SH-SY5Y細胞において，Zn2+キレーターのTPEN
が PAM によるミトコンドリアの ROS 産生を抑制することから，PAM により遊離した Zn2+がこの現象に関与していることも考えられる．実際，Zn2+自身がミトコンドリア
ETC を阻害し，ミトコンドリアの脱分極と機能不全を引き
１２７

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１２８

J. Plasma Fusion Res. Vol.97, No.3 (2021)１
２９‐１３３

小特集 大気圧低温プラズマに対する細胞応答とがん治療への展開

４．がん治療をめざした大気圧プラズマによるアポトーシス機構の解明―物理的・化学的増感をめざして―
4. Elucidation of Mechanism of Apoptosis Induced
by Cold Atmospheric Plasma toward to Cancer Therapy -Sensitization
by Physical and Chemical Modalities近藤隆

KONDO Takashi
富山大学学術研究部医学系・放射線診断治療学講座・放射線腫瘍学部門（原稿受付：２
０
２
０年１
１月１
０日）

大気圧プラズマによる細胞死（アポトーシス）とその増強を試みた．温熱は物理的にプラズマによるアポトーシスを増強した．一方，放射線との併用では，相加的増強に留まった．細胞内グルタチオンを減らすスルファ
サラジンは化学的に，プラズマによるアポトーシスを増強した．また，最近の研究では，金ナノ粒子（2 nm）がプラズマによるアポトーシスを増強することが判明した．大気圧プラズマのがん細胞致死効果の特異性が期待されており，今後のいかにこの効率を高めるか期待されている．
Keywords:
Cold atmospheric plasma, apoptosis, glutathione, sulfasalazine, hyperthermia, radiation, cancer therapy

４．
１ はじめに音波の特徴は高い圧力であり，ハイパーサーミア（熱）のプラズマは固体・液体・気体に続く物質の第４の状態でそれは緩やかな反応速度と低い一分子あたりのエネルギーある．狭義のプラズマは，気体を構成する分子が電離し，である．大気圧プラズマの特徴はこれら３因子の中間に位陽イオンと電子に分かれて運動している状態であり，電離置する（図１）［１］．但し，生体に加わるエネルギーの総量気体に相当する．真空で発生するプラズマは半導体加工技

では，超音波やハイパーサーミアの方が放射線に比べて，術に広く用いられ，熱プラズマも治療に使われている．胃

桁違いに大きい．

や鼻腔表面の組織凝固壊死を誘導する熱凝固装置である．

４．
２ がん治療の様式

近年，低温大気圧プラズマ技術の発展が目覚ましく，止血，
がん治療，遺伝子・薬物導入，殺菌・滅菌，創傷治療等，多が ん を 治 療 す る 場 合 は，手 術 療 法・化 学 療 法（免 疫くの医療分野への利用が注目されている．

チェックポイント阻害剤を含む）・放射線療法の三大療法比較のため４つの物理的因子の特徴をまとめた（図１）．

が中心である．このうち手術と放射線治療は局所療法であ

放射線はその光子エネルギーが高く，化学反応も速い．超る．放射線治療は物理的治療法で，高エネルギー X 線が多用されるが，陽子線や炭素線等の粒子線が加わり，多くの種類が利用されている．物理的治療法には温熱療法やアブレーション（焼灼）療法があり，最近では光照射と増感剤（薬）の併用療法も進んでいる（図２）．

４．
３ 放射線がん治療
放射線治療法とは X 線等の放射線照射することにより，がん細胞に細胞死を誘発し，また，細胞分裂による増殖能力をなくすことによりがん腫瘍の増殖を抑える方法である．最近では治療機器や照射方法の進歩により，正常な
図１

細胞・組織に与える損傷が少なくなってきた．そのため，物理学的４因子の特徴．各物理的因子の特徴をエネルギー（eV），圧力（atm），および反応速度（秒）で表す．

多くのがんが治療対象になり，他の療法との併用も可能であることからその利用は拡大している．

Division of Radiation Oncology, Department of Radiology, Faculty of Medicine, Toyama University, TOYAMA 930-0194, Japancorresponding author’s e-mail: kondot@med.u-toyama.ac.jp

１２９!2021 The Japan Society of Plasma
Science and Nuclear Fusion Research

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.97, No.3 March 2021

織は正常組織に比べ熱に弱いことがわかってきた．細胞は４０℃を超えると死にはじめ，大きながん組織の性状である，pH や酸素分圧が低い状態は熱感受性を上げる．特に42.5℃ 以上の温度では，タンパク質の変性を誘発，細胞死が顕著となる．外部からの電磁波エネルギーを与え 42.5℃
以上に腫瘍部を加温しがん治療する試みがハイパーサーミアである．がん組織と正常組織に同時に加えても正常組織
は血管が拡張して血流が増え，放熱しやすいが，がん組織はほとんど血管の拡張が無く，血流が少なく，蓄熱しやす
図２い．放射線に抵抗性の S 期細胞は温熱感受性であり，温度

がん治療の物理的・化学的様式．がん治療法を物理学的方法，化学的方法，および両者併用法として分類した．このうち，化学療法は全身療法であるが，他はすべて局所療法である．

が高いと放射線による細胞致死効果も上がる，加えて抗がん剤の効果を増強する等の特長を有し，ハイパーサーミア
治療は正常組織へのダメージは少なく，がんの病巣領域を放射線の作用は原子・分子の励起・電離である．これに治療することができるものと期待されている．一方，正確より，水分子が分解されて，各種活性種が生じる（図３）．

な標的部位の加温やリアルタイムでの組織内温度の把握等

直接，標的分子であるDNA等に損傷が生じる場合（直接作の課題もある．

用）と周囲の水分子が励起・電離されて生じる活性酸素種

ハイパーサーミアの細胞に対する作用は細胞膜の流動性が標的分子に作用し，損傷が生じる場合（間接作用）があや透過性の向上，タンパク質の高次構造の変化，および細り，X 線の場合には後者が約７割とされており，活性酸素

胞内活性酸素の生成である．各温度の生物・生体作用を種の役割は大きい（図４）．

図５に示す．

４．
４ 温熱によるがん治療

４．
５ 細胞死の誘導

発熱患者の腫瘍が消失した例等の歴史的知見からがん組

がん治療の基本はがん細胞死の誘導であり，細胞増殖の抑制である．以前はがん細胞のコロニー形成能を指標に治療の在り方が研究されてきたが，細胞死にも各種あり，最近では遺伝子制御された細胞死（アポトーシス）が注目されてきた．アポトーシスとはあらかじめ決められた（遺伝子制御された）メカニズムに従って，刺激が入ると順次生
化学的に分子が活性化して細胞が能動的に自滅する現象である．以下に放射線アポトーシスの例を示す（図６）．
細胞膜の破壊や細胞内容物の漏出を伴う病理形態学的な壊死（ネクローシス）は古くより認識されていた．比較的高い線量の照射後に認められる組織の炎症はこれによる．
一方，放射線照射後の早期に，細胞核が濃縮する形態学的変化は，ピクノーシスとして知られていたものの，アポ

図３

図４

トーシスの概念が導入されて以来，胸腺細胞や白血病細胞

放射線による活性酸素生成．放射線による水分子の励起および電離により活性種が生成する．これらは，再結合し，過酸化水素等，より安定な活性酸素種となる．酸素が存在するとスーパーオキシドが生成し，還元性分子から酸化性分子へ変わる．これらの反応は細胞内に起きる．

株を用いた研究により放射線アポトーシスの基礎的知見が得られた．これらの細胞は数 Gy の照射後，数時間で十分なアポトーシスを起こす．一方で，がん細胞の中にも早期に放射線の直接作用と間接作用．放射線による励起および電離により標的分子の損傷が生成する．これを直接作用と呼ぶ．一方，水分子の励起および電離により生成する活性酸
素種による標的分子の損傷が生成する．これを間接作用と呼び，X 線等の低 LET 放射線では約７割の生物作用を担う．

図５

１３０

温度の生物・生体作用．熱の生物作用・生体作用は温度に依存する．温熱誘発細胞死については，42.5℃ を境界として，作用機序が大きく異なる．

Special Topic Article

4. Elucidation of Mechanism of Apoptosis Induced by Cold Atmospheric Plasma toward to Cancer Therapy

図７

図６

放射線によるアポトーシスのメカニズム．放射線のよる主たるアポトーシス経路して，ミトコンドリアを介して下流のカスペースが活性化する経路があり，放射線アポトーシ
ス経路として多く報告されているのは，１）
DNA 損傷を起点とする p53 依存性経路であり，他に２）細胞膜に由来する
セラミド生成経路，３）細胞膜に由来する Ca2+介在経路である．Fas/FasL 介在経路には p５３依存性の DNA 損傷が起点となる場合と細胞内活性酸素による場合がある．Ca2+の増加は細胞内のカルパインをはじめとするや Ca2+依存性酵素
類を活性化する．その Ca2+は細胞外からの導入も重要であるが，ミトコンドリアや小胞体に貯蔵されており，これらが複雑に協調してアポトーシス制御に働くと思われる．

T. Kondo

大気圧プラズマによる細胞死の例．大気圧プラズマにおいても直接，アポトーシス，ネクローシス，オートファジーの形態学的細胞死を示す場合と分裂期崩壊および老化様細胞死（増殖停止）を経て，細胞死に至る過程があると思われる．

アポトーシス（細胞死）を指標に両者を比較した．その結果 Ar プラズマ１分間の照射では１５％アポトーシスが誘発された．また，X 線では同様の効果を得るのに吸収線量で7.5 Gy（J/kg）が必要であった．Ar プラズマと X 線により生成され た!OH 量を DMPO（5,5-dimethyl-1-pyrroline-Noxide）を ス ピ ン 補 捉 剤 と し て 用 い て EPR（Electron
Paramagnetic Resonance; ESR とも称する）‐スピン補捉法
で定量比較した．Ar プラズマ１分間照射時の!OH 量は約

アポトーシスを起こす細胞もあるが多くはアポトーシスを

5.8×10−5 M（ニ ト ロ キ シ ド に 換 算 し て）で あ っ た．ま起こしにくく，また，アポトーシスを起こす場合でも多くた，X 線照射で同様の収率を得るには，225 Gy を必要としの時間を必要とし増殖を介して細胞死を呈する．照射後のた．従って，液中で生成する!OH 量を同一生物学的効果

発現経過も多様で，分裂期崩壊や老化様細胞死（増殖停止）（U937 を用いてアポトーシスが１５％生成する条件）で比較を経てアポトーシスに至ると考えられる．

すると X 線より約３０（225/7.5）倍多いことになる．即ち，大放射線照射後に多く細胞分裂の異常を生じ，分裂期に停気圧プラズマは極めて効率の高い活性酸素生成源と言える

止して直接死滅する際の主たる細胞死が分裂期崩壊であ［３］．逆に，放射線の側から見ると!OH は細胞内に生成しる．この分裂期崩壊がおこるためには，M 期チェックポイ

た場合に細胞死の誘発に有効であるが，細胞外に生成しントが正常に働くことが必要とされている．放射線を照射

た!OHは効率が低いとも言える．これら大量にしかし細胞した細胞の経時的観察で，異常な細胞分裂（不完全分裂）

外に生成した活性酸素種を如何に細胞内へ導入するか，まを起こすことは知られていたが，その変化は多様で，二核た，細胞側の抗酸化性を如何に低減するかが，大気圧プラ

細胞や多核細胞の形成，多極分裂等があるが，分子機構はズマ誘発細胞死の増強に重要である．

まだ不明な点が多い．老化様細胞死は，放射線照射後，細４．
７ 大気圧プラズマによる細胞死の増強

胞の代謝は行われているが細胞増殖が不可逆的に G1 期で停止した状態を示す．G1 期停止機能を失ったがん細胞で大気圧プラズマが水溶液中に多量に活性酸素種を生成すは，異常分裂を経て，多核あるいは巨核細胞となって増殖ることが判明した．この活性酸素種をさらに細胞内に効率を停止する．指標として老化関連ベータ・ガラクトシダー

よく導入きる方法を探索する試みで，細胞膜透過性の亢進ゼ染色で陽性となる．放射線によりオートファジーも誘発が判明しているハイパーサーミアを併用した．さらに，放され，オートファジーとアポトーシスがバランスをとり細射線は細胞膜の透過性亢進と自身が細胞内に効率よく活性胞死を制御している．

酸素種を生成するので，その両面から併用効果を期待し大気圧プラズマについても同様で細胞死の全体像を示すて，アポトーシスの生成を指標に調べた．その結果，ハイ場合でも細胞死に至る過程は多様であり，また時間依存性

パーサーミアとの併用では細胞死に関して相乗的効果が得に変化する（図７）．

られたが，放射線との併用では相加的であった．ハイパー
サーミア併用による活性酸素種の細胞外から内への導入効

最近，大気圧プラズマによる細胞死として従来の分類に果が顕著で，両者を合わせた「プラズマサーミア」が提唱属さない特異的な細胞死が報告されている［２］．

される（図８）［４］．

４．
６ 大気圧プラズマによる細胞死，アポトーシス

さらに，化学的にプラズマによるアポトーシス誘導を増大気圧プラズマは多量の活性酸素種を生成することが知強する方法として，細胞内グルタチオン（GSH）量を低下

られている．そこで，大気圧アルゴン（Ar）プラズマと Xさせるためシステイントランスポータ阻害剤であるスル

線の生物効果についてヒトリンパ腫細胞株 U937 を用いてファサラジン（SSZ）を用いた．SSZ 処理により，GSH
１３１

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.97, No.3 March 2021

東京大学

宮本研究室で開発された白金ナノ粒子（Nano-Pt）は，カタラーゼおよびスーパーオキシドディス
ムターゼ（SOD）活性を示すことが報告され，我々も，この Nano-Pt を用いて，放射線によるアポトーシス誘導に対して如何に作用するかを調べた．その結果，放射線により誘導される細胞内酸化ストレスを抑制し，さらにアポトー
シス頻度も低下させることが判明した．U937 細胞に対して He プラズマ照射は顕著なアポトーシスの生成を誘導する の で，細 胞 内 活 性 酸 素 種 の 除 去 に Nano-Pt を 利 用 して，アポトーシスおよびその関連指標への影響を検討した
図８

大気圧プラズマによる細胞死の物理的および化学的方法．
プラズマ照射に対して温熱（ハイパーサーミア）を併用し，細胞膜の透過性の亢進により細胞外にできた活性種の細胞内導入を図る手法とスルファサラジンにより，細胞内のGSH を減少させて，活性種に対する感受性を高める方法が考えられる．

ところ，有意な細胞内活性酸素種の低下およびアポトーシ
ス抑制効果を認めた（図１０）［６］．
Nano-Pt は抗酸化活性を有し，大気圧プラズマで誘発されるアポトーシスを抑制したが，抗酸化活性がないと思わ
れ る 金 ナ ノ 粒 子 の 影 響 に つ い て 検 討 し た．そ の 結 果，の材料となるシステインの細胞内への取り込みが阻害さ

Nano-Pt と同様の 2 nm サイズの金ナノ粒子は He プラズマれ，その結果，細胞の抗酸化性が低下すると考えられる．

誘発アポトーシスを増強した．他方，サイズの大きな４０おまた，その効果を放射線のそれと比較した．SSZ 添加によよび 100 nm サイズの金ナノ粒子での効果はなかった．そりプラズマおよび放射線照射に対して同程度のアポトーシの原因として細胞内 GSH の低下が考えられるが，メカニズ

ス増強効果を示したが，細胞外に多量の活性酸素種を生成ムの詳細については．今後の検討課題である（図１１）［７］．

するプラズマと細胞内にも生成する放射線では，Fas 発現４．
９ 今後の展望の有無，カスペース発現の差等その増強機構は異なること

低温大気圧プラズマのライフサイエンスへの応用には，が判明した（図９）［５］．

相互作用の本質を決定する「プラズマで生成される活性な

４．
８ 大気圧プラズマ誘発アポトーシスに与える
金属ナノ粒子の影響

粒子と生体との反応」を照射側と生体側の両立場で分子レ

金属をナノ（１０億分の１メートルサイズ）のスケールま作用を定量的に評価することが不可欠となる．今後，プラで微小化すると一般の特性とは異なる性質をあらわすこと

ズマドーズの標準化を含めこの分野のさらなる発展に期待

ベルから捉えて，プラズマの生体への影響を解明し，相互がある．また，ナノサイズ粒子には，①比表面積が大きく生体分子の多量結合が可能，②適切な表面加工で生体内循環性が向上，③ EPR（Enhanced permeation and retention）
効果による腫瘍集積性向上，などの特徴がある．このようなナノ粒子の特性を生かし，診断や治療に応用する試みはナノメディシン の一つとして注目を集めている．すでに放射線科学の分野では一例として金ナノ粒子を放射線増感

図１０ 白金ナノ粒子による He プラズマ誘発アポトーシスの防護効果．カタラーゼ，SOD 活性を有する白金ナノ粒子（300μM）の添加は，He プラズマ（４分照射）によるアポトー
シスを抑制した（左図）．右図はギムザ染色による細胞形態像を示す．

剤としてがん治療に役立てようとする試みがされている．

図９

プラズマおよび放射線誘発アポトーシスに与えるスルファ
サラジンの影響．システイントランスポータ阻害剤である
スルファ サ ラ ジ ン（SSZ）は 細 胞 内 の GSH を 減 少 さ せて，活性種に対する感受性を高めた．プラズマおよび放射線照射に対して同程度のアポトーシス増強効果を示したが，細胞外に多量の活性種を生成するプラズマと細胞内に活性種を生成する放射線では，その増強機構は異なる．

図１
１ 金ナノ粒子による He プラズマ誘発アポトーシスの増強効
果．金ナノ粒子（2 nm）の添加は，He プラズマによるアポトーシスを増強した．一方，サイズの異なる４０および 100
nm 金ナノ粒子に増強効果はなかった．

１３２

Special Topic Article

4. Elucidation of Mechanism of Apoptosis Induced by Cold Atmospheric Plasma toward to Cancer Therapy

したい．放射線は吸収線量の概念が明確であり，初期過程

T. Kondo

か検討すべき課題も多くあり，今後の発展が望まれる．

の解明も進んでいるので，大気圧プラズマとの比較対象の参考文献

様式として有用である［８］．
近年の研究により，がんや様々な内臓疾患，神経疾患な［１］T. Kondo et al., Plasma Medical Science (Academic Press,
Cambridge, 2018) p.133.
［２］D Yan et al., Oncotarget 8, 15977 (2017).
［３］H. Uchiyama et al., PLoS One. 10, e0136956 (2015).
［４］R. Moniruzzaman et al., Sci. Rep 7, 11659 (2017).
［５］R. Moniruzzaman et al., Free Radic. Biol. Med. 129, 537(2018).
［６］P. Jawaid et al., J. Cell Mol Med. 20, 1737 (2016).
［７］P. Jawaid et al., Cell Death Discov. 6, 83 (2020).
［８］M.U. Rehman et al., Arch. Biochem. Biophys. 605, 19

どの多くの疾病，様々な生活習慣病，また老化現象とフリーラジカルや活性酸素との関連が指摘されている．その予防のための抗酸化機能食品・補助食品等の開発が行われており，医薬品でも抗酸化機能が再認識されている．このため，大気圧プラズマは簡便にかつ大量の活性酸素種を定量的に生成する装置として利用する価値は極めて高い．最近，大気圧プラズマの研究発展は目覚ましく多くの生物学的影響が報告され，また，がん治療を初めとして幅広い医(2016).

療応用のみならずバイオ全般に利用する可能性も広がってきた．今後は大気圧プラズマの生物効果を如何に修飾する

１３３

J. Plasma Fusion Res. Vol.97, No.3 (2021)１
３４‐１３８

小特集 大気圧低温プラズマに対する細胞応答とがん治療への展開

５．マウスへのプラズマ照射でみられる免疫を介した抗腫瘍効果
5. Antitumor Immune Response Induced by Plasma Irradiation in Mice小野亮

ONO Ryo
東京大学（原稿受付：２０
２
０年９月３日）プラズマをがんの免疫治療に使える可能性が近年注目を集めている．マウスの悪性腫瘍にプラズマを照射すると，プラズマを照射した腫瘍のみならずマウスの全身の腫瘍に抗腫瘍効果が働く現象が確認されており，免疫との関連が議論されている．本章では，このプラズマによるがんの免疫効果に関する研究例を紹介する．また，同種の現象はがんの放射線治療や光線力学療法などでも広く確認されており，これらの研究例もあわせて紹介する．
Keywords:
immunotherapy, cancer, tumor, mouse, abscopal effect, systemic long-term antitumor effect, plasma, streamer discharge

５．
１ はじめにこりうる現象であることを示す．

プラズマでがんを治療する研究が，動物実験で広く行わ

５．
２ プラズマによるがんの免疫関連研究

れている［１‐３］．その多くは悪性腫瘍（がん）にプラズマを照射して，その腫瘍を縮小あるいは成長鈍化させる研究

プラズマによるがんの免疫関連研究を紹介する．
５．
２．
１ 遠達効果である．がん細胞に，プラズマで生成された活性種や高電界で刺激を与え，がんを弱らせる手法である．このような遠達効果は，マウスやヒトの悪性腫瘍に放射線やプラズ

プラズマによるがんの直接的な治療は，読者の皆さんも想マを照射したときに，その腫瘍のみならず，離れた箇所に像しやすいであろう．一方，プラズマでがんに対するマウ

ある別の腫瘍にも抗腫瘍効果が働く現象である．例えば右スの免疫を活性化して，その活性化した免疫でマウスの全腕の皮膚がんに放射線を照射すると，左腕にある皮膚がん

身の腫瘍に抗腫瘍効果を与える免疫治療の研究も近年はじや，あるいは肺に転移した皮膚がんなどにも抗腫瘍効果がまっている［３‐１１］．研究はまだ初期段階で研究例も少な

働くような現象である．英語では abscopal effect と呼ばれく，免疫がどの程度関与しているのか，どのような機序でている．この遠達効果の原因のひとつに免疫反応がある．

免疫が作用しているのかなど，まだわかっていないことが放射線を右腕の皮膚がんに照射すると，その刺激でがんにほとんどであるが，いくつかの有望な結果が得られてい対する患者の免疫が高まり，その免疫の働きで左腕の皮膚る．本章では，このプラズマによるがんの免疫治療に関す

がんも抗腫瘍効果を受ける，というものである．したがっる研究を紹介する．筆者のグループでは，プラズマによるてプラズマ照射でこの遠達効果が観察されれば，プラズマ

免疫効果の可能性を示す初期的な動物実験に成功しておががんに対する免疫反応を誘起できることを示唆する一つり，この研究結果についても紹介する［１２，１３］．

の証拠となる．

プラズマでがんに対する免疫を誘起すると言われても，筆者のグループでは，この遠達効果をマウスの腫瘍のプ

本当にそのようなことが起きるのかと疑念を持たれる読者

ラズマ照射実験で観察することに成功した［１２］．図１のよも多いであろう．実は，このようながんに対する免疫効果

うに，マウスの右脚と左脚に皮膚がんの一種であるメラ

は，が ん の 放 射 線 治 療 や 光 線 力 学 療 法（photodynamic

ノーマ細胞を皮下注射して腫瘍を作り，右脚のメラノーマ

therapy: PDT）では広く確認されている［１４‐１８］．これら腫瘍にのみプラズマを照射した．プラズマ医療では希ガスの手法も，放射線による刺激や活性種などの刺激を用いて大気圧プラズマジェットやバリア放電がよく用いられる

おり，プラズマとの類似性が高い．その類推から，プラズ

が，この実験では筆者のグループ独自のナノ秒パルススト

マでも同様の免疫効果が表れるのではないかと，以前より

リーマ放電を用いた．プラズマ照射は１日１０分間で，連続プラズマ医療のコミュニティでは考えられてきた［１９，
２０］．

して５日間照射を行った．右脚と左脚の腫瘍のサイズは日

この仮説が，近年の実験により試されているのが現状であごとに大きくなり，プラズマ照射後も大きくなり続けるる．本章では，放射線治療や PDT における免疫関係の研究が，この腫瘍の成長速度がプラズマ照射の効果で遅くなる例も紹介し，このようながんの免疫効果がプラズマでも起かどうかを測定するため，日ごとの腫瘍サイズの測定を

The University of Tokyoauthor’s e-mail: ryo-ono@k.u-tokyo.ac.jp

１３４!2021 The Japan Society of Plasma
Science and Nuclear Fusion Research

Special Topic Article

5. Antitumor Immune Response Induced by Plasma Irradiation in MiceR. Ono

行った．動物実験は個体差によりデータのばらつきが大きの腫瘍も成長が遅くなったことを意味している．この結果

いため，ある程度の匹数をそろえて実験を行い統計処理すは，プラズマ照射による遠達効果を意味している．

る必要がある．この実験では，プラズマを照射するマウス

この実験では，マウスがメラノーマに対する免疫を獲得

を５匹程度用意し，これを「プラズマ照射群」とした（図１

したかどうか確認するため，ELISA（Enzyme-Linked Im-（a））．一方，プラズマ照射が腫瘍成長速度に与える影響を

muno Sorbent Assay）とよばれる分析も行った．マウスや調べるには，プラズマ照射をしなかった場合のデータも測ヒトなどの生物は，ある病気にかかるとその病気を記憶す

定する必要がある．この参照用に，右脚と左脚に同様にメる．そして次に同じ病気にかかりそうになったときに，こラノーマ腫瘍を作り，プラズマは一切照射しないマウスのの記憶された免疫が速やかに発動するため，その病気には一群も用意した（図１（b））．このように，一切手を加えな

かかりにくくなる．水疱瘡に一度かかると，二度目はかか

かった場合の参照用の一群を，専門用語で「コントロール

りにくくなるのも免疫記憶の働きである．このELISAの実群」と呼ぶ．

験では，予想通り，プラズマ照射したマウスがメラノーマ

この実験はデータのばらつきが大きく，またプラズマのに対する免疫を記憶していることが確認された［１２］．一方効果がはっきりと出にくい実験だったため，１回の実験でのコントロール群では，メラノーマに対する免疫が記憶さは有意な差が観察されなかった．最終的に４回実験を行れていないことも確認した．このメラノーマに対する免疫い，それらの実験結果をまとめて処理したところ，プラズ

記憶が図２の抗腫瘍効果の要因であるかどうかはさらに検マによる遠達効果が認められた．実験結果を図２に示す討が必要だが，少なくともプラズマが遠達効果と免疫記憶［１２］．横軸の V0 と V3 は腫瘍の体積を表し，それぞれプラズを誘起できることは示され，プラズマによるがんの免疫治

マ照射を開始した初日（０日目）と４回目のプラズマ照射

療に道を拓く結果が得られた．

日（３日目）の体積である．すなわち，横軸の V3/V0 は０

先の水疱瘡の例からもわかる通り，免疫記憶は長期間持日目の腫瘍体積に対する３日目の腫瘍体積の比率を表して続する．がんの免疫治療においても，この長期的な免疫記いる．腫瘍は０日目から３日目の間にも成長するので，こ憶は望ましい特性である．後述するように，長期的な免疫の比はほとんどが１より大きくなっている．この比が小さ記憶により，手術で切除したがんの再発抑制や転移したがいほど，０日目から３日目の間の腫瘍の成長が遅いことをんの治療に一定の効果を発揮できるかもしれない．次節で意味する．図２は，４回の実験で測定した V3/V0 の値を，小は，この長期的な免疫記憶の観察を試みた実験を紹介す

さい順に並べた時の累積度数分布を表している．#1〜#4

る．

が４回の実験の番号で，それぞれ実験条件を微妙に変化させている．実験条件については文献［１２］を参照されたい．
図２の結果からわかることは，右脚と左脚の腫瘍ともに，プラズマ照射群（図中の Treated）のほうがコントロー
ル群（図中の CTRL）よりも V3/V0 の値が小さい，すなわ
ち腫瘍の成長速度が遅くなっていることである．プラズマ
照射群において，右脚の腫瘍はプラズマ照射したが，左脚の腫瘍はプラズマを照射していない．それにもかかわらず，左脚の腫瘍もプラズマ照射群において成長が鈍化している．これは，右脚の腫瘍にプラズマ照射した結果，左脚

図１

プラズマ照射による遠達効果を調べる実験［１２］．左右両脚に皮下腫瘍を作り，プラズマ照射群は右脚の腫瘍をプラズマ照射し，コントロール群は左右いずれもプラズマ照射し
ない．

図２

１３５

プラズマ照射開始日（０日目）と照射４回目（３日目）の腫
左脚の腫瘍と（b）
右瘍体積の比 V3/V0 の累積度数分布．（a）
脚の腫瘍の結果．Treated はプラズマ照射群，CTRL はコン
トロール群（参考文献［１２］の図２を引用）．

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.97, No.3 March 2021

５．
２．
２ 全身性の長期的効果

５．
２．
３ がんの再発に対する効果

筆者らは，プラズマで誘起された全身性の抗腫瘍効果，

前節の再チャレンジの実験では，付随してもう一つの実

すなわちプラズマ照射した腫瘍だけでなく全身の腫瘍に効験を行った［１３］．がんの再発に対する抑制効果を調べる実果を与える現象が免疫によるものと仮定し，この効果が長験である．

期間持続するかどうかを調べる実験を行った［１３］．

前節の再チャレンジの実験における一次腫瘍の切除でこの実験では，再チャレンジ実験とよばれる手法を用いは，目に見える腫瘍が残らない程度の切除では不十分であた．マウスの右脚に１つだけメラノーマ腫瘍を作り，前節

る．ミクロな腫瘍が残り再発が起きてしまう．そのため，の実験と同様に１日１０分間，５日間プラズマ照射した．そ前節の実験ではより広範囲に深くまで一次腫瘍を切除しして，５回目のプラズマ照射が終わったら腫瘍を切除してた．一方，本節の再発を調べる実験では，腫瘍の切除を敢２〜３週間待った．この切除した腫瘍を，以下では一次腫

えて不十分にして，すべてのマウスで再発が起きるように

瘍とよぶ．一次腫瘍切除後に２〜３週間待つ間，マウスはした．そして，プラズマ照射群とコントロール群で再発し腫瘍無しの状態になるが，切除前のプラズマ照射で誘起さた腫瘍の成長に差が出るかどうかを調べた．実験結果をれた免疫反応は腫瘍切除後もマウスの体内で継続し，免疫図４に示す．プラズマ照射群では，再発した腫瘍の成長が記憶として残ると仮定した．２〜３週間待った後，次に腫鈍化していることがわかる．これが免疫によるものかどう瘍を切除したのと反対側の左脚にメラノーマ腫瘍を再度皮かは不明だが，いずれにせよ，手術切除前のプラズマ照射

下注射で作った．そしてこの再度作った腫瘍，すなわち再でがんの再発を抑制できる可能性を示唆している．

チャレンジした腫瘍（以下，二次腫瘍）が，マウスの免疫５．
２．
４ その他の免疫に関する研究例

で成長鈍化するかどうかを測定した．プラズマ照射群とは以上紹介した我々の研究の他にも，プラズマがん治療の別にコントロール群も用意し，コントロール群はプラズマ免疫に関する研究例がいくつかあるので紹介する．Drexel

照射を行わない以外はすべて同じ条件で実験を行った．

大学のグループは，培養中の大腸がん細胞をプラズマで直再チャレンジした二次腫瘍のサイズが日ごとに大きくな接処理し，これをマウスに注射して大腸がんに対する免疫る様子を測定した成長曲線を図３に示す．ただし横軸は，応答が得られるかどうかを実験した［２１］．この実験で免疫一次腫瘍にプラズマ照射を開始した初日を０日目としてい応答が得られると考えられる理由を説明する．がん細胞はる．この実験では，プラズマ照射群とコントロール群，そ免疫細胞から発見されにくい特性をもつが，プラズマでがれぞれ８匹ずつで実験を開始したが，一次腫瘍切除後の再ん細胞が死ぬと，がん細胞の表面特性や分泌物の変化によ

発，転移，および再移植の失敗などで，プラズマ照射群はり，免疫細胞から発見されやすくなるとする考え方があ５匹，コントロール群は３匹まで減少している．図３の結る．このような細胞死のことを免疫原性細胞死（immu-

果は，プラズマ照射群で二次腫瘍の成長が著しく鈍化して

nologic cell death: ICD）とよぶ．したがって，プラズマ処理

いることを示している．すなわち，右脚の一次腫瘍のプラで免疫原性細胞死を起こしたがん細胞をマウスに注射する

ズマ照射で発生した抗腫瘍効果は，一次腫瘍切除後に少なことで，マウスの免疫細胞がこれを発見して免疫が活性化

くとも３０日間以上の長期間にわたってマウスの体内に保持する可能性がある．いわばワクチンである．この論文ではされ，しかもこの抗腫瘍効果は左脚の二次腫瘍に効果を示

細胞注射後に再チャレンジ実験を行い，大腸がんに対するしたことから，局所的ではなく全身性であることを示して免疫が得られたことを示唆する結果が得られている．

いる．この効果が免疫によるものであるかどうかを調べる

INP Greifswald のグループは，プラズマ照射した生理食分析も行ったが，決定的な証拠はまだ得られておらず，今塩水でマウスのがんを縮小させる実験を行い，このときの後の課題である．

がんの細胞死が免疫原性細胞死であることを示した［２２］．

図３

図４

再チャレンジした二次腫瘍の成長曲線（参考文献［１
３］
の図
３（b）
を修正して再プロット）．

１３６

一次腫瘍切除後に再発した腫瘍の成長曲線（参考文献［１３］の図２（d）
を修正して再プロット）．

Special Topic Article

5. Antitumor Immune Response Induced by Plasma Irradiation in MiceR. Onoプラズマ処理した生理食塩水には，プラズマで生成されたがん細胞の破片など（抗原とよぶ）を細胞内に取り込み，様々な活性種が溶け込んでおり，これら活性種の効果でがこれが危険な異物であることを認識することから始まる．

んを治療する手法である．この実験では，がんは免疫では放射線は，この樹状細胞の働きを活性化したり，免疫原性

なく活性種の刺激で直接細胞死した可能性もあり，この後細胞死を引き起こして樹状細胞が取り込む抗原を発生しやの免疫反応の発生を示唆する結果にとどまっているが，プ

すくすると考えられている［１５，３４］．マウスの実験では，樹ラズマ処理食塩水が腫瘍内の免疫応答を誘発する可能性が状細胞を増殖させる薬剤と放射線を併用すると，片方だけ示唆された．

では得られなかった遠達効果が得られることが観測されて動物実験の他に，シャーレの中の細胞のみを用いた実験

いる［３４］．また，この遠達効果の実験では，２つのがんのも行われており，マクロファージや T 細胞などの免疫細胞

種類を異なるものにすると遠達効果が観測されなくなり，がプラズマで活性化されることや，がん細胞がプラズマでマウスに誘起された免疫が放射線を照射したがんの種類に

免疫原性細胞死を起こすことが観察されている［２３‐３２］．

特異的なものであることが示されている．同様の併用実験

プラズマががんの免疫応答を誘起できる証拠が，しだいにや［３５］，あるいは樹状細胞そのものの投与と放射線を併用集まりつつある．

した免疫誘導の実験［３６，３７］も行われている．この他にも，

５．
２．
５ プラズマによるがんの免疫関連研究のまとめ

免疫チェックポイント阻害剤やその他薬剤と放射線の併用

ここまで，まだ初期段階ではあるが，プラズマの免疫効［３８‐４２］や，放射線単独で抗腫瘍免疫を発生させ る研究

果を示唆する実験結果をいくつか紹介した．では，このよ［４２‐４５］も行われている．いずれの研究でも，免疫発生時にうな免疫効果をもつプラズマを，どのようにがん治療に使生じる免疫細胞やサイトカインとよばれる物質が増加してえるであろうか．がんは手術で完全に切除できれば治癒すいることや，免疫不全マウスでは効果がでないことなどをる．手術切除は最も確実な治療法である．しかし，切除後示し，その要因が免疫であることも示している．

にミクロながん細胞が取り切れずに残っていると，これが５．
３．
２ PDT における免疫応答

再発することがある．取り残したがん細胞が全身に転移す

PDT は腫瘍に集積しやすい光感受性物質を体内に投与

ると，さらに状況は悪くなる．ここで，例えば手術切除後し，この物質が吸収する波長の光を腫瘍に照射することでの患部にプラズマを照射し，患者のがんに対する免疫を長

光感受性物質から活性酸素種を生成し，この活性酸素種の期間上げることができたらどうであろうか．手術で取り残働きで腫瘍を死滅させる手法である．可視から赤外光に反した程度の小さなサイズのがんであれば，手術後の再発を応する光感受性物質が用いられる．PDT は抗腫瘍免疫を誘免疫の力で押さえることができるかもしれない．免疫は全起することも知られており，免疫関係の研究も多くなされ身に効果があるので，転移したがんにも効くかもしれなている．PDT で免疫が発生する機序も詳しく調べられていい．プラズマではなく抗体等を用いた同様の研究は，実際るが，ここでは機序の詳細には立ち入らず，どのような実に行われている［３３］．一方，マウスの実験で結果が出て験が行われているかを概観する．

も，ヒトを対象とした臨床で同様の結果が出るとはまった

PDT の免疫に関する初期の論文［４６］では i）通常のマウ

く限らず，そこには非常に大きなハードルがある．これをス＋PDT，ii）
免疫不全マウス＋PDT，iii）
通常のマウス＋実現させるのにどれほどの困難があるかは，がん治療の専

手術切除，の３つの群でがんを治療し，治療から１００日後に門家でない筆者にも容易に想像がつくが，少なくとも最良

再チャレンジ実験を行った．そして，i）の群のみ再チャレの条件がそろえば全身性の長期的な抗腫瘍効果が起きる可

ンジした腫瘍が拒絶され，PDT による免疫記憶が示唆され能性があることは示されたことになる．

た．i）の群でも，一次腫瘍とは別の種類のがんを二次腫瘍として用いた場合は再チャレンジの拒絶が起きず，一次腫

５．
３ 放射線治療および PDT における免疫応答

瘍に特異的な免疫の記憶が示された．免疫不全マウスを用

ここまでに紹介したがんに対する免疫反応誘起は，放射いた PDT の実験はその後も異なる種類のがんについて行

線治療や PDT ではよく知られた現象である
［１４‐１
８］．一

われ，同じような結果が得られた［４７，４８］．通常マウスの見不思議に見える免疫反応誘起も，科学的なエビデンスが

PDT 照射で得られた免疫細胞を免疫不全マウスに移植す

しっかりと蓄積されている現象であることを示すため，放ると，免疫不全マウスでも PDT の効きが良くなる結果も射線治療と PDT における免疫応答の研究を紹介する．

得られた．複数種ある免疫細胞を１種類ずつ無くしたマウ

５．
３．
１ 放射線治療における免疫応答

スを用いて，PDT ではどの免疫細胞が効いているかを調放射線治療は，X 線などの放射線を腫瘍に照射してがん．特定のべ，免疫応答の機序を調べる研究も行われた［４９］細胞を死滅させる治療法である．放射線は体を透過するた免疫細胞を活性化あるいは不活化する薬剤との併用実験

め，体内の腫瘍に照射する場合も手術で腫瘍をむき出しに［５０‐５２］，樹状細胞投与との併用実験［５３，５４］，その他再する必要がなく，体の外から放射線を照射できる利点があ

チャレンジ実験や，免疫発生時に生じる免疫細胞やサイト

る．

カインを調べることで，PDT により抗腫瘍免疫が発生して放射線による遠達効果は，稀ではあるが古くから報告例いることを示す様々な研究［５５‐５９］が行われてきた．

があった［３４］．現在では放射線ががんに対する免疫を高め

以上のように，放射線治療や PDT では，がんに対する免ることがわかっており，その機序も明らかになりつつあ

疫応答が条件によっては誘起されることが確立されている．免疫応答は，最初に樹状細胞とよばれる細胞が細菌やる．したがって，これらと同様に活性種や物理的刺激を用
１３７

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.97, No.3 March 2021

［１
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いるプラズマ照射においても，がんに対する免疫応答が得られたとしても不思議はない．

５．
４ おわりにがんは生き物にとって有害な異物である．したがって，
本来はがんに対する免疫が働いて，がんを叩く機能が備わっているべきである．しかし，がん細胞には免疫を巧みに回避する機能が備わっている．この免疫回避能力をいかにして減少させ，免疫細胞にがん細胞が攻撃対象となる異物であることを認識させるかが，免疫治療のポイントとなる．近年，免疫チェックポイント阻害剤という薬品を用いたがんの免疫治療が，大きな注目を集めている．がんの免疫治療は，従来の手術切除，放射線治療，化学療法に続く主流のひとつになる可能性もあり，プラズマによる免疫治療の可能性も今後検討の価値は十分にあると思われる．
近年，医療にかかる経費の増加が国の予算を圧迫しており，医療の質を保ったままいかに経費を削減するかが重要な課題となる．プラズマ装置は，がんの治療という枠組みで考えると極めて安価であり，オペレーションにもほとん
どお金がかからない．また，海外で行われている，主に創傷治療や慢性皮膚病治療の臨床では目立った副作用は報告されておらず，プラズマは安価で副作用の少ない医療を提供できる可能性を有している．

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１３８

J. Plasma Fusion Res. Vol.97, No.3 (2021)１
３９‐１４０

小特集 大気圧低温プラズマに対する細胞応答とがん治療への展開

６．おわりに
6. Summary
栗田弘史
KURITA Hirofumi
豊橋技術科学大学（原稿受付：２
０
２
０年１
２月１
０日）

大気圧や液中での非平衡プラズマの医療応用が近年盛んきることを示した．プラズマ活性溶液については，低温プに研究されている．大気圧低温プラズマは，熱をほとんど

ラズマを照射した細胞培養液だけでなく，臨床に使用され発生しないが，反応性の高い活性種を生成できるという特ている点滴液や細胞生物学実験で使われる生理食塩水にプ徴を有し，細胞や生体に直接照射することが可能である．

ラズマ照射してもプラズマ活性溶液が作成できることが示

これまでに，プラズマ照射による微生物の殺菌のほか，抗された．もうひとつの間接照射である免疫原性細胞死につ腫瘍効果や創傷治癒・低侵襲止血への有効性が報告され，いても，培養細胞実験および動物実験で免疫系の活性化がプラズマ医療応用に関する研究が国内外で急速に進展して実証されていることが示された．プラズマ照射プラズマ活いる．本誌では，２００７年７月号の小特集「医療バイオ分野

性溶液による細胞死の分子機構について，細胞に対する直へ の プ ラ ズ マ 応 用」，２０１１年１０月 号 の プ ロ ジ ェ ク ト レ

接因子となり得る各種活性酸素の生成や，これらが酸化ス

ビュー「プラズマ‐バイオ融合科学への新展開」などでプトレスとして生体分子に作用し，細胞死誘導と密接な関係

ラズマ医療応用に関連する記事が掲載されている．年会ににあることが示されている．併せてプラズマ活性溶液が酸おいても関連するシンポジウムやオーガナイズドセッショ

化ストレス非依存的細胞死を誘導する可能性が示され，今ンが数多く開催され，その注目度は高い．

後さらなる研究の進展が期待される．

さまざまな医療応用が検討されているなかで，プラズマ

第３章では，プラズマ照射により生成された活性酸素が照射やプラズマ照射溶液ががん細胞の自発的な細胞死であ優先的にがん細胞を死滅させる機序について，がん細胞のるアポトーシスを誘導することが特に注目されていておエネルギー代謝の視点から解説された．本章では間接照射

り，放射線治療や抗がん剤治療に代わる副作用の少ない新法であるプラズマ活性溶液による細胞死の分子機構につい

規ながん治療技術として期待されている．プラズマ照射にて，それに関与しうる活性分子種の測定，これらが引き起よる抗腫瘍効果は１５年以上前から報告されているが，そのこすタンパク質の酸化修飾，細胞内 NAD＋量の減少，Zn２＋メカニズムについては不明な点が多く，試行錯誤的な研究の遊離など様々な細胞応答が，解糖系の阻害やミトコンドが多かった．しかし，第１章で述べられているように，科リア機能障害を引き起こすことが示された．がん細胞は，

研費新学術領域研究「プラズマ医療科学の創成」（２０１２−

主に解糖系を利用して細胞のエネルギー需要を満たしてい２０１６年度名古屋大教授）で，プラズ

るため，NAD＋の減少はがん細胞で亢進している解糖系をマ生成・計測技術と生命科学・医学の融合研究が推進さ阻害することでがん細胞におけるエネルギー産生を抑制す

れ，この分野の変革期となった．中でも，低温プラズマをることが示された．がん細胞に対して正常細胞と比較して照射した培養液を脳腫瘍培養細胞に投与すると抗腫瘍効果

プラズマ活性溶液に対する感受性が高い理由の一つとしを示すことを発見した研究成果は特筆すべきものであり，て，がん細胞特有のエネルギー代謝が関与していると推察

本誌２０１５年１２月号の小特集「プラズマが誘導する生体応答された．また，過酸化水素や亜硝酸イオンの培養液への添とそのバイオ・医療応用」のなかでその時点での最新成果

加ではプラズマ活性溶液による細胞死を完全には再現しながまとめられている．本小特集は，プラズマ照射に対するいことから，同定されていない因子が解糖系などの阻害に細胞応答とがん治療への応用に関する研究について，主に関与している可能性も指摘された．

領域代表：堀勝

第４章では，既存のがん治療の様式，特に放射線や温熱

２０１５年以降の進展を紹介することを目的として企画されによるがん治療と細胞死誘導機構について概説され．そのた．以下に各記事の要点をまとめた．
第２章では，プラズマがん治療研究が直接照射法と間接上で，プラズマ照射に対する細胞応答との比較が示され，照射法に大きく分類でき，間接照射法はプラズマ活性溶液

大気圧プラズマは極めて効率の高い活性酸素生成源であるを使用する方法と免疫系を活性化する方法にさらに分類でことが示された．また，プラズマ照射と温熱を併用するこToyohashi University of Technology, Toyohashi, AICHI 441-8580, Japanauthor’s e-mail: kurita@chem.tut.ac.jp

１３９!2021 The Japan Society of Plasma
Science and Nuclear Fusion Research

Journal of Plasma and Fusion Research Vol.97, No.3 March 2021とにより，生成した活性酸素を細胞内に効率よく導入するも対象として基礎研究から臨床応用研究まで幅広く行われことでプラズマ照射による細胞死を増強する試みが示されており，まだ多くの不明な点が残されているものの，「プた．さらに，スルファサラジンおよび金ナノ粒子との併用

ラズマががん治療に本当に使えるのか」という疑念が徐々によるヘリウムプラズマ誘発アポトーシスの増強および抑に晴れつつある．安全・安心なプラズマ医療の提供のため制の可能性が示された．

には，エビデンスを着実に積み重ねて信頼を得ることが不第５章では，プラズマによるがんの免疫治療に関する研可欠である．その一方で，プラズマ照射に対する細胞応答究の最新動向がまとめられている．免疫反応による抗腫瘍は極めて多様かつ複雑であり，プラズマ照射による抗腫瘍効果の具体例として，マウスの悪性腫瘍にプラズマを照射

効果の全容解明にはさらなる検討が必要である．また，抗したときに，その腫瘍のみならず，離れた箇所にある別の腫瘍効果も含めたプラズマ医療応用研究では，ある効果を腫瘍にも抗腫瘍効果が働く遠達効果が示された．さらに，得るために必要な刺激がプラズマである必要があるかどう

マウスへのプラズマ照射が全身性の抗腫瘍効果を示す可能か考慮する必要がある．すなわち，細胞に対する本質的な性も指摘した．さらに，プラズマ照射による免疫反応誘起

刺激が何かを明らかにすることが求められる．この点におが科学的に起こり得る現象であることを示すため，放射線

いても，様々な観点からのアプローチを基に現象を正しく治療や光線力学療法における免疫応答が概説された．

理解する基礎研究がますます重要になる．

以上のように，大気圧プラズマのがん治療への応用に向本小特集をきっかけにして多くの学生や研究者が参画しけた研究は，核酸・タンパク質といった分子から個体までてこの分野の研究がさらに進展することを願っている．

１４０

!!
た

なか

ひろ

小特集執筆者紹介

まさこん

田 中 宏 昌名古屋大学低温プラズマ科学研究センター教
授．２
００
４年に東京大学理学系研究科物理学専
攻博士合を取得．分子生物学やシステム生物学などを専門とし，プラズマ医療研究において，プラズマ活性溶液によるがん治療研究などで成果を挙げており，プラズマバイオ研究のフロンティアを開拓したいと考えている．
ほり

まさる

堀

勝

ひろ

原

宏 和

だち

てつ

たかし

隆

お

の

りょう

小 野

亮

東京大学新領域創成科学研究科教授．２０００年
東京大学工学系研究科 博士（工学）．大気圧
プラズマの基礎と応用研究に取り組んで いる．本稿で紹介したがんの免疫治療は，動物実
験も含めてこれまでのバックグラウンドと大きく異なる分野
ゆえ，困難も多い一方，興味の尽きない研究テーマである．家族そろって温泉旅行好きなので，普通に旅行に行ける日々が戻ってくることを心待ちにしている．
くり

た

ひろ

ふみ

栗 田 弘 史豊橋技術科学大学大学院工学研究科・准教授
博士（工学）．最近は主に大気圧プラズマや電場に対する細胞応 答 や そ の 応 用（遺 伝 子 導入）に関する研究を行っています．健康維持や体重管理のためにできるだけ自転車やジョギングで体を動かすようにしていますが，最近では運動量を増やしても現状維持が精一杯です．

かず

岐阜薬科大学薬学部 准教授．１９９４年 岐阜薬科大学大学院 博士（薬学）．これまで，活性酸
素種（ROS）による細胞機能の制御に関する研究を進めてきた．最近は，ROSが引き起こす神
経細胞内の金属イオン（亜鉛，銅など）動態異常に興味を持
ち，その分子機構の解明に取り組んでいる．
あ

どう

近 藤

富山大学 学術研究部医学系 放射線診断治療
学講座，放射線腫瘍学部門．主な研究分野：大気圧プラズマ，温熱（ハイパーサーミア），超音波および放射線による細胞死と酸化ストレスに関する研究に従事．

名古屋大学低温プラズマ科学研究センター教
授，センター長．１
９
８
６年名古屋大学大学院工学研究科電子工学専攻修了（工学博士）．超微細加工プロセス，ナノデバイスの創製およびプ
ラズマ医療・農水産に関する研究に従事．長年，バラの園芸に夢中になってきましたが，最近は，ベリー系（マスカットベ
リー A，ブラックベリー，ブルーベリー，ラズベリー）を楽しんでいます．プラズマによって，ベリーハッピーな高付加価値
果樹の栽培に挑戦したいと思います．
はら

""

お

足 立 哲 夫岐 阜 薬 科 大 学 教 授（２０２１年３月 定 年 退 官 予定）．薬学博士．主な研究分野は酸化ストレスへの細胞応答と抗酸化酵素の発現調節．長年の酸化ストレスに関する研究のアプローチをプラズマというテーマに適応し，久しぶりにワクワク実験の毎日でした．

１４１