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サブナノ秒パルスによる非熱平衡プラズマの形成とその医療応用

利用亚纳秒脉冲形成非热平衡等离子体及其医学应用

基本信息

批准号：
11J06997
负责人：
八木一平
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2013
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J06997/
关键词：
プラズマ医療応用癌治療化学的活性種計測細胞生存率マウス動物実験パルスパワー電源プラズマ医療プラズマ-生体相互作用ガン治療マウス線維芽細胞アポトーシスの誘導極短パルス高電圧非熱的低温プラズマ大気圧放電

项目摘要

研究背景 : 非熱平衡プラズマは化学的活性種の生成場であり, これを生体に曝すことで抗癌作用や止血・創傷治癒に代表される医療効果が報告されている。医療効果の原因はプラズマ中の活性種であると考えられているが, その作用機構は未解明な部分が多く, 医療効果の最適化や実用化の壁となっている。非熱平衡プラズマの形成 : 本研究は, ナノ秒パルスプラズマと呼ぶ新たな方式を提案し, 高速なスイッチング電源の開発により非熱平衡プラズマの発生を実現した。この発生方式は, 従来法と異なり放電ガスを選ばないため, 生成される活性種の種類と発生量を幅広く変更することが出来る。また, 金属電極を誘電体の被覆なしで使用できるため, 複雑な電極構造やワイヤー上のコンパクトな設計が可能となり, 内視鏡や電気メスなど既存デバイスへの適用が比較的容易にできるという特徴を持つ。癌細胞・マウス腫瘍へのプラズマ照射効果の検証 : 本プラズマ源の医療効果を検証するため, 皮膚癌細胞とマウス腫瘍モデルによる実験を行った。皮膚癌細胞に対して, 癌治療に有用だと考えられるアポトーシス細胞死を誘導することが分かった。マウスの皮膚腫瘍に5日間連続でプラズマ照射するで, 一定程度の抗癌作用が得られた。以上より, 独自のプラズマ発生方式を提案し, その治療効果を細胞・動物レベルで証明した。動物細胞への活性種の影響 : 照射対象から蒸散した水分の2次元分布をレーザー誘起蛍光法(LIF)により計測し, 活性種の生成に影響を与える対象表面の湿度をガス流速により制御した。生体作用が強いと考えられる酸素原子O(3P), ヒドロキシルラジカルOH(X^2P), 一酸化窒素NO(X^2P)をHF法により計測し, これらが細胞の生存率に与える影響を評価した。その結果, 放電ガスの酸素濃度よりも対象表面の湿度環境に依存して生細胞数が減少しており, 特にOHの投入量に相関がみられた。このように活性種と生体効果を定量的に議論した研究は世界初である。

Background: the heat balance プラズマは chemical activity of の generated field であり, これを raw body に exposure すことで anticancer や, bleeding wound healing, に representative される medical services fruit が report されている. Medical services fruit の reason はプラズマ kind of activity of のであると exam えられているが, そのは role is not interpret な part がく, optimal medical services fruit のや be in turn の wall となっている. Non thermal equilibrium プラズマの formed: this study はナノ seconds パルスプラズマと shout ぶ new たを proposal しな way, high-speed なスイッチング power の open 発により non thermal equilibrium プラズマの発 raw を be presently した. この way 発 raw は従 to law と different なり discharge ガスを choose ばないため, generate されるの species with active と発 production of を hiroo く - more することがる. また, metal electrodes を induced electricity body の coating なしで use できるため, complex 雑な electrode structure やワイヤー on のコンパクトな design が may となり, endoscopic や electric 気メスなど existing デバイスへの applicable が compare easy にできるという, 徴をつ. Cancer cells, マウス swollen sores へのプラズマ irradiation unseen fruit の検 card: this プラズマ source の medical services fruit を検 card するため, skin cancer cells とマウス swollen sores モデルによる be 験を line った. Skin cancer cells にし seaborne て, cancer treatment に useful だと exam えられるアポトーシス induced cell death をすることが points かった. Youdaoplaceholder1 ウス <s:1> skin abscess に5 days followed by 続でプラズ irradiation するで, to a certain extent, <s:1> anti-cancer effect がられた. The above よよ, the independent <s:1> プラズ, the development mode of プラズ, the を proposal, the そ, the therapeutic effect of を cells and animals レベ, the で prove that た. Animal cell への active の influence: illuminate like か seaborne ら evapotranspiration した moisture の 2 dimensional distribution をレーザー induced 蛍 method (LIF) により measuring し, activity of の generated に influence を and えるの like surface humidity seaborne をガス velocity により suppression した. Born body strong role がいと exam えられる acid element atoms O (3 p), ヒドロキシルラジカル OH (X ^ 2 p), a NO acidification smothering element (X ^ 2 p) を HF method により measuring し, これらにのが cell survival and えるを appraisal of 価した. その as a result, the discharge ガスの acid levels よりもにの like surface humidity seaborne dependent して living cells number が reduce しており, trevor に OH の guangxifacing に phase masato がみられた. <s:1> ようにように active species と biological effects を quantitative に discussion, たた research on である world early である.