【医療】ダイヤモンド電極でがんのバイオマーカー濃度の直接測定に成功/慶応大など

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1一般人φ ★
科学技術振興機構(JST)と慶應義塾大学(慶応大)は11月29日、針状に加工した導電性のダイヤモンドを電極
(ダイヤモンド電極)として用いることで、がんのバイオマーカーの1つである「還元型グルタチオン(GSH)」の
濃度をマウスの生体内で直接測定することに成功したと共同で発表した。

成果は、同大 理工学部の栄長泰明教授、同・医学部の佐谷秀行教授らの共同研究グループによるもの。研究は
JST課題達成型基礎研究の一環として行われ、その詳細な内容は、英国時間11月29日付けで英国オンライン科学誌
「Scientific Reports」に掲載された。

放射線や化学療法といった従来のがん治療の多くは、がん細胞内に活性酸素種を発生させることでがん細胞を
死滅させ、治療効果をもたらすと考えられている。

GSHは、細胞傷害性のある活性酸素種を除去して細胞を保護する働きを持つ抗酸化物質だ。これまでの研究から、
がん細胞は正常組織と比較して高濃度のGSHを持ち、がん治療によって発生した活性酸素種を速やかに除去して
しまうため、がん治療に対して抵抗性を示すことがわかってきた。

このことから、がん組織のGSH濃度変化を測定できる方法を開発できれば、放射線や化学療法などの治療の効果
判定に役立てることができると考えられている。

しかし、従来の動物実験で行われてきたGSHの測定では、生体から組織を採取した後に前処理を行うため、
測定までに時間がかかるという問題があった。さらに、専用の光学測定機器を使用する必要があるため、
より簡便にGSHの変化をモニターできる方法の実現が期待されている状況だ。

一方、これまでに研究グループは、ホウ素を含んだダイヤモンドを化学電極として用いた時に優れた特性を
持つことを発見しており、次世代の電気化学センサとして期待できることを報告していた。なお本来、
ダイヤモンドは絶縁体だが、不純物としてホウ素を添加することで導電性を付与することができ、それを応用
して電極としたものがダイヤモンド電極だ。

電極材料として従来利用されている炭素電極、白金電極などに比較して、水溶液中での電位窓が広い、
バックグラウンド電流が小さいなどの優れた電気化学特性を持つため、センサ、水処理を初めとした応用が
期待されているほか、耐久性など、ダイヤモンド本来の物理化学特性も兼ね備えるため、次世代の新しい電極
材料としても期待されている。

そこで今回の研究では、マイクロサイズに加工したダイヤモンド電極を作製し(画像1)、これを用いて生体内で
直接GSH濃度を測定する方法の確立が目標とされたのである。


画像1。ダイヤモンドマイクロ電極。電極の先端の直径は、約20μm
http://news.mynavi.jp/photo/news/2012/11/30/148/images/001l.jpg

(本文>>2以降に続く)

▽記事引用元 マイナビニュース(2012/11/30)
http://news.mynavi.jp/news/2012/11/30/148/index.html

▽慶應義塾大学プレスリリース
http://www.keio.ac.jp/ja/press_release/2012/kr7a4300000b989g.html

▽Scientific Reports
「In vivo assessment of cancerous tumors using boron doped diamond microelectrode」
http://www.nature.com/srep/2012/121129/srep00901/full/srep00901.html
2一般人φ ★:2012/12/02(日) 22:39:01.40 ID:???
>>1続き)

酸化電位の高いGSHを電気化学的に酸化しようとすると、カーボン電極、白金電極などの通常の電極材料では
酸素発生が優勢となり、GSH自身の酸化は観測されなくなってしまう。しかしダイヤモンド電極は、水が電気
分解しにくい特徴を持つため、酸素発生が起こりにくく、2.0V以上の高い電位においてもGSHの酸化に起因する
酸化電流を観測することに成功した。

通常の電極材料では、このような高い電位では、酸素発生による電流値と重なってしまうために測定が不可能
であったが、今回の研究では、2.3Vにおける電流値の濃度変化をモニターすると比例関係が得られ、GSH測定が
可能であることがわかった次第だ(画像2・3)。


GSH濃度測定。
画像2は、GSH濃度を変化させた際の「サイクリックボルタモグラム」と、それぞれの濃度に
おける電流値の検量線。
http://news.mynavi.jp/photo/news/2012/11/30/148/images/002l.jpg
画像3は、2.3Vにおける電流値をプロットしたもの。0〜10mMの範囲で良好な検量線が
得られている
http://news.mynavi.jp/news/2012/11/30/148/images/003l.jpg

グルタチオンは、グルタミン酸、システイン、グリシンの3つのアミノ酸が結合したトリペプチドであり、
生体内で抗酸化作用を担う主たる分子である。細胞内で還元型(GSH)と酸化型の2つの姿で存在し、酸化還元反応で
互いに変換されるという特性を持つ。このため、潜在的なGSH量の評価のためには、「酸化型グルタチオン
(GSSG)」の量も測定する必要がある。

GSSGをGSHと同様に測定したところ、GSHに比べて酸化電流の立ち上がりが、より高電位側に観測されたが、
やはり2.3Vにおける電流値の濃度変化をモニターすると比例関係が得られ、酸化型グルタチオンも測定が可能
であることが確認された。

さらに、GSHとGSSGの酸化電位が異なることを利用して、それらの分離検出ができることも判明。すなわち、
酸化電位を1.3Vに固定すると、GSHでは酸化電流値が観測されるのに対し、GSSGでは酸化電流値が観測されない、
ということが示されたのである(画像4)。

画像4は、GSHの選択的な測定。1.3Vをかけた場合のそれぞれの電流値のプロット。酸化型グルタチオン(GSSG)
は電流値が観測されないが、還元型グルタチオン(GSH)では良好な検量線が得られている。この電位ではGSHを
選択的に測定できていることがわかる。


画像4。GSHの選択的な測定
http://news.mynavi.jp/news/2012/11/30/148/images/004l.jpg

生体内(in vivo)測定として、マウスの皮下に作製したがん組織について、ダイヤモンドマイクロ電極を挿入し、
1.3Vをかけた「クロノアンペロメトリー」により酸化電流が測定された。

具体的には、「ヒト口扁平上皮」のがん細胞「HSC-2細胞」をマウスの皮下に移植して作製したがん組織と、
マウスの正常な皮下組織のそれぞれに電極を挿入し、両者の比較を実施。マウスのがん組織における電流値は、
健康なマウスに比べて、3体とも高い値を示し、がん組織が高いグルタチオン濃度を示すことがわかった(画像5)。

画像5は、生体内におけるクロノアンペロメトリー測定。1.3Vをかけた後の電流値をモニターしたもの。
がん組織では、健康な組織に比べ、GSH濃度が高いことがわかる。

ヌードマウスの皮下にヒト口腔内がん細胞を100万個移植し、2週間後に増殖した腫瘍組織と、周辺の健康な
組織の中のGSH濃度を腫瘍内あるいは正常組織内に針を刺入することでの測定を実施した。


画像5。生体内におけるクロノアンペロメトリー測定。
http://news.mynavi.jp/news/2012/11/30/148/images/005l.jpg

(本文続く)
3一般人φ ★:2012/12/02(日) 22:39:18.55 ID:???
(本文続き)

さらに3体の内の2体には、これらがん組織に活性酸素種を発生する放射線を照射し、GSH濃度が測定された。
その結果、放射線照射を行わなかった1体については、グルタチオン濃度は変化せず、放射線照射が行われた
マウスについては、その照射量に応じてGSH濃度の減少が観測された(画像6)。

このことから、放射線照射後に発生する活性酸素種によりがん組織内のGSHが消費され減少したことが、
ダイヤモンドマイクロ電極を用いたGSHの直接測定によってわかったのである。

画像6は、マウスのがんに放射線を照射した際のがん組織内GSH濃度の変化。放射線の線量依存的にがん組織の
GSH濃度の減少が認められた。

試験内容は、ヌードマウスの皮下にヒト口腔内がん細胞を100万個移植。2週間後に増殖した腫瘍を持つマウスに
放射線(2Gyあるいは6Gy)を照射し、3時間後に照射した腫瘍組織、照射しなかった腫瘍組織、および周辺の健康
な組織の中のGSH濃度を組織内に針を刺入することで測定した。

放射線の照射線量依存性に腫瘍組織内のGSH濃度の減少が認められ、放射線照射によって組織内の酸化ストレスが
上昇し、GSHが消費されたことを測定することができた。


画像6。マウスのがんに放射線を照射した際のがん組織内GSH濃度の変化
http://news.mynavi.jp/photo/news/2012/11/30/148/images/006l.jpg

研究グループによれば、がん治療の効果判定に有用と期待されるGSH濃度、並びにGSH-GSSG比が、がん組織中にて
簡便に測定できることから、将来的には実際に患者におけるがん治療後の濃度動態がどのように変化するかを
直接モニタリングし、治療効果判定や治療計画の立案に有用な診断法の1つとなることが期待されるという。

また、最近注目されている「がん幹細胞」と呼ばれるがん組織の大本になる細胞は、GSHを多く産生しているために、
治療に抵抗性が高いことがわかっており、がんの再発や転移の起源となる。これらがん幹細胞の機能や存在や
治療に対する効果を評価する意味でも、この測定法は極めて有用であると考えられるとした。

これまでの研究成果から、ダイヤモンドマイクロ電極は、材料としての安定性に優れ、炭素材料であることから
生体適合性に優れている。さらにダイヤモンド構造により、電極表面で物質の吸着も抑えられるという特徴
などもあり、次世代の生体計測に欠かせない材料となりえることが従来から期待されてきた。そして今回、
このような生体における物質の直接測定に応用できる可能性を示すことができたという次第だ。

さらに、今後は、グルタチオンのみならず、医学生物学的に物質動態の測定が求められるそのほかの物質に
おいても、ダイヤモンドマイクロ電極を用いた測定の可能性を探ることや、超高感度化を目指した電極設計を
行っていくことで、さらに「簡易かつ高感度な病態診断法」の開発につながる可能性が期待されると、
研究グループは述べている。

(以上本文引用ここまで)
4 忍法帖【Lv=40,xxxPT】(1+0:8) 【東電 80.7 %】 :2012/12/02(日) 22:59:17.85 ID:jNlpCuSj
血糖測定にも使えたら画期的だと褒めて遣わす
5名無しのひみつ:2012/12/03(月) 03:09:15.37 ID:M1N9O9rw
ダイヤモンドを使う理由はなによ
6名無しのひみつ:2012/12/03(月) 16:05:39.81 ID:GBP4ccfB
ソースが長すぎる上に興味をそそられない研究対象
そらレスも付かんわ
7名無しのひみつ:2012/12/03(月) 20:19:49.17 ID:WdJjAJtr
【医学】一酸化窒素で放射線に“免疫” 福井大准教授が学会賞
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1354366425/
 放射線を浴びたヒトなどの細胞は、ある条件下で放射線に対する“免疫”を持つように
なる―。あまり知られていない現象だが、福井大高エネルギー医学研究センターの松本
英樹准教授(56)=放射線生物学=は、この現象の鍵が一酸化窒素であることを突き
止め、大量被ばく時の救急処置薬への応用を研究している。一連の成果で、本年度の
日本放射線影響学会(会員約1千人)学会賞を受賞した。

 細胞が放射線に対して抵抗性を持つ反応は「放射線適応応答」と呼ばれる。ワクチン
で人体に病気への免疫ができるように、低線量の放射線を浴びた細胞が、次に高線量
の放射線を浴びた際に死ににくくなる現象だ。1980年代に報告されていたが、詳しい
仕組みはは分かっていなかった。

 松本准教授は、細胞が被ばくすると、その周囲の無事な細胞にも被ばくしたのと同様
の反応が広がる「バイスタンダー(傍観者)応答」を研究する中で、一酸化窒素に注目し
た。人が細菌やウイルスに感染すると細胞で作られ、異物を攻撃する物質だ。

 ヒトの培養細胞を用いた実験を通して、放射線でも細胞で一酸化窒素が作られ、それ
が周囲に伝わることで、バイスタンダー応答が起こることを2001年に確認。しかも、
活性酸素など別の物質で起こる同応答が、突然変異や染色体異常など不利益なものが
多いのに対し、一酸化窒素では放射線への抵抗性という有益な反応だった。「放射線適
応応答」の仕組みの一部である可能性が高いという。

 10シーベルトの放射線を照射する実験では、0・2%の細胞しか生存できなかったの
に対し、抵抗性を持った細胞は1%と、5倍多く生き残った。この抵抗性は100ミリシー
ベルト以下の低線量で生じるという。

 詳しい仕組みはまだ分かっていないが、「一酸化窒素が引き金となり、細胞に放射線
に対する抵抗性が生じる」と松本准教授。関係する一部のタンパク質を突き止めている
という。

 さらに「一酸化窒素で細胞が放射線に対する抵抗性を得るなら、人間そのものも守る
ことができるはず」と08年から、緊急被ばくの救急処置薬の研究を進めている。

 使用しているのは、体内で一酸化窒素を発生させる狭心症の治療薬。「マウスにX線
を照射し30日後、狭心症薬を投与しなかった場合の生存率は4割未満だったのに対し、
投与したマウスは8割が生き残った」。薬剤の投与により、被ばくで損なわれた免疫機
能、造血機能が回復しているという。
8名無しのひみつ:2012/12/03(月) 20:21:43.89 ID:WdJjAJtr
【医学】がん幹細胞:特定目印のたんぱく質発見/京大
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1354522263/
9名無しのひみつ:2012/12/10(月) 04:28:13.55 ID:bmZdh3yQ
【脳神経】活性酸素による核酸の酸化に起因する神経変性のメカニズムを解明/九大
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1355043638/
九州大学(九大)は12月3日、代表的な酸化塩基である8-オキソグアニン(8-oxoG)のゲノムDNAへの蓄積を抑制する
酵素(MTH1とOGG1)が効率よく神経変性を抑制するのに対し、MUTYHは8-oxoGに誤って取り込まれたDNAを構成する
4つの塩基のうちの1つであるアデニンの塩基除去修復を介して神経細胞死とミクログリオーシスを誘導する
ことを明らかにしたと発表した。

活性酸素ストレスは、神経変性疾患の原因の1つとして注目されているが、それがどのような分子メカニズムで
神経細胞脱落を引き起こすかは明らかではない。パーキンソン病やアルツハイマー病、ハンチントン病など
多くの神経変性疾患で神経細胞のミトコンドリアDNAにグアニン塩基の酸化体である8-oxoGが多量に蓄積する
ことが報告されているため、8-oxoGが酸化ストレスによる神経変性のマーカー(指標)の1つとして注目される
ようになっているが、神経変性の原因となるかどうかは不明であった。

これまで研究グループは、酸化ストレスに曝された細胞内でヌクレオチドプール中のdGTPGTPGTP(デオキシ
グアノシン三リン酸:ヌクレオチドの1つ)が酸化されて8-oxo-dGTPとなり、DNA複製に際して核やミトコンドリア
DNAに取り込まれて細胞死の原因となることを明らかにしてきた。


8-oxoGはアルツハイマー病やパーキンソン病患者の剖検脳の解析でも神経細胞のミトコンドリアに顕著に蓄積
することが知られている。研究グループでは、このような神経変性疾患や活性酸素ストレスが関わるその他の
臓器の変性疾患の発症にも今回明らかとなった分子メカニズムが関与する可能性が強く示唆されるとしており、
ヒトのMTH1、OGG1、MUTYH遺伝子にはさまざまな遺伝子多型が報告されており、その解析から神経変性感受性の
診断が可能になることが期待されるとする。また今後は、MTH1とOGG1の発現誘導および機能亢進、MUTYHの発現、
機能抑制を分子標的とした新たな創薬により、老化とともに発症頻度が増加する変性疾患の新たな治療戦略の
提供が可能になるものとの期待も示している。
10名無しのひみつ
【再生】「がん幹細胞性質」を有する細胞株の樹立に成功/横浜市立大など
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1358419773/