Transcript 2 - 環日本海域環境研究センター 生体機能計測研究部門

抗がん剤マイトマイシンCの作用増強
における磁界周波数の影響評価
環日本海域環境研究センター
生体機能計測部門
梅上 大勝
はじめに
化学療法の問題点
がん細胞患部以外の細胞にも作用
⇒抗がん作用の減少
⇒抗がん剤の副作用
磁界を曝露
磁界曝露部のみ抗がん剤作用が増大
⇒抗がん剤の副作用を軽減
磁束密度が大きいほど抗がん剤作用が増大
曝露磁界の周波数依存性について実験
低周波磁界発生装置の製作
現有の極低周波磁界発生装置
(1) 周波数
60 Hz以下
(2) 磁束密度 50 mT
固定具
励磁
コイル
実験領域
励磁
コイル
フェライトコア
高周波駆動における問題点
(a) 励磁コイルが単線
表皮効果，発熱
(b) 電源の定格電圧
V  2fLI
高周波駆動における駆動電圧の上昇
新しい磁界発生装置の製作
実験装置の概略
実験装置の条件
(1) 磁束密度：50 mT
⇒磁束密度依存性
⇒現有の装置が最大50 mT
(2) 励磁周波数
⇒600 Hz，6 kHzに設定
高周波駆動
(a) フェライトコア
⇒渦電流損が小さい
(b) リッツ線
⇒表皮効果を低減
フェライトコア
(3) 実験温度：37 ℃
⇒大腸菌の熱影響
200
恒温槽
180
30
60
励磁コイル
恒温槽
磁界発生部の模式図
駆動回路の構成
電源の定格
電圧：42 V
電流：14 A
駆動条件(6kHz)
電圧：372 V
電流：58 A
直列共振回路を構成
トランスを接続
電源の出力
電圧：11.2 V
電流： 6.7 A
2次側の出力
電圧：1.5 V
電流： 50 A
駆動回路図
一次側端子
二次側端子
4µF(6kHz)
400µF(600Hz)
共振用コンデンサ
600Hz ：400µF
6kHz ：4µF
15:1のトランス
１５：２のトランスの外観
共振用コンデンサ
接続線
チューブ
磁界の向き
実験領域断面の模式図
Depth Direction [mm]
実験領域の磁界分布
5
Magnetic flux
density [mT]
15
実験領域
30
47.5-52.5
45
42.5-47.5
55
5
15
30
45
55
Horizontal Direction [mm]
実験領域の磁束密度分布
実験領域内の磁束密度分布：50 mT ±5 %
サンプル4本分の実験スペースを確保
抗がん剤マイトマイシンＣ
マイトマイシンＣ
DNAへの作用機構
グアニンをアルキル化
ＤＮＡ複製が阻害
C
T
T
Ｇ
A
C
T
G
A
A
C
T
G
A
DNA鎖
細胞増殖の抑制
DNAへの作用機構
磁界曝露影響測定方法
磁界曝露
(Exposure)
LB溶液
＋
大腸菌
ＬＢ寒天培地
コロニー生成
ＬＢ寒天培地
コロニー生成
マイトマイシンＣ
1µg/ml投与
磁界非曝露
(Control)
コロニー数 ＝ 生菌数
磁界曝露群と磁界非曝露群とのコロニー数を比較
磁界曝露群 ＜ 磁界非曝露群 ：抗がん剤の作用増大
磁界曝露群 ＞ 磁界非曝露群 ：抗がん剤の作用抑制
Relative ratio of vialble colony
forming unit
1.60
1.40
1.20
1.00
磁界曝露影響測定結果
C:Control
60Hz 600Hz
6kHz
C 6Hz
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00
Number of viable cell [cfu/ml]
0
1E+09
No drug
1E+08
MF only
1E+07
MMC 1µg/ml
1E+06
1E+05
MMC 1µg/ml +MF
1E+04
1E+03
1E+02
1E+01
1E+00
0
2
4
Reaction time [h]
生菌数の時間変化
2
4
Reaction time [h]
6
MMC 1µg/ml
周波数間での相対比の時間変化
6Hz,60Hz ：殺菌効果が増強
600Hz,6kHz ：殺菌効果に影響有
6
抗がん剤シスプラチンにおいて
殺菌効果に周波数依存性を示している
まとめ
1. 磁束密度50mT，600Hz及び6kHzを発生可能な装置を製作
2. 抗がん剤マイトマイシンＣにおいて，6Hz，60Hz，600Hz，
6kHzの4点において影響評価測定を行った
3. 各周波数間で殺菌効果が異なるため周波数依存性を示唆
4. 抗がん剤シスプラチンにおいても周波数依存性の報告
今後の課題
a. 実験回数を増やすことで有意差検定を行う
b. 600Hz，6kHzにおいて磁束密度依存性の確認
c. ヒト細胞を用いた磁界曝露実験
低周波磁界発生装置の外観
恒温槽
励磁コイル
位置決め固定棒
フェライトコア
冷却用
DCブロワーファン
実験装置固定台
実験装置の概略
鉄心
: フェライト
励磁コイル： 12ターン
リッツ線 ： 26/5/5/5-0.07
総芯線数 3250本
線径 6 mm
フェライトコア
200
恒温槽
磁束密度 ： 50 mT
励磁電流 ： 58 A
磁界発生部の模式図
恒温槽
180
励磁コイル
実験領域 ： ギャップ 30 mm
断面積 60 mm × 60 mm
温度
37℃
30
60
駆動回路の構成
駆動回路の仕様
𝑁𝐵𝑆
𝐿
 励磁電流：𝐼 =
= 25𝐴
 駆動電圧：𝑉 = 2𝜋𝑓𝐿𝐼 = 372𝑉
巻数 Ｎ
磁束密度 B
面積 Ｓ
インダクタンス L
：24 ターン
：50 mT
：3600 mm2
：170 µH
漏れ磁束の検討
ピックアップコイルにより電圧として検出
励磁コイル部 ：3.44Vp-p
実験領域部 ：1.50Vp-p
検出電圧比 ：2.3
V  NBS  NLI
必要な励磁電流𝐼 = 58 𝐴
回路構成
• 直列共振回路
⇒駆動電圧の低減
• トランスを接続
⇒降圧により電流を増加
372 V
58 A
11.7 V
6.4 A
出力定格
電圧：42 V
電流：14 A
駆動回路図
励磁電流値の算出
<ファラデーの法則>
磁束錯交数 ：   N  NBS  LI
NBS
電流 ： I 
L
インダクタンスL=170µH
面積
S=3600mm2
巻き数
磁束密度
N=24ターン
B=50mT
⇒必要電流値
24巻 × 50𝑚𝑇 × 3600𝑚𝑚2
𝐼=
= 25.4 𝐴
170𝜇𝐻
漏れ磁束の評価
ピックアップコイル（１０巻）により磁束密度を計測
励磁コイル部 ①：3.44Vp-p
ファラデーの電磁誘導の法則
実験領域部 ②：1.50Vp-p
検出した電圧比＝電流比
V  NBS  NLI
①
 2.29
②
磁束密度50mT発生に必要な電流は
計算により、25.4A
I  25.4  2.29  58.2A
①
②
計測位置
実験装置の製作
＜内部抵抗と消費電力＞
低抵抗の測定
半地幅B=18.6Hz
共振周波数f0=6160Hz
共振の鋭さQ=f0/B=335
内部抵抗r=ω0L/Q=18.4mΩ
Current [mAp-p]
150
100
50
0
6150
6160
6170
6180
Frequency [Hz]
電流‐周波数特性
消費電力
3
P  58.2 18.4 10  62.3W
2
計測回路図
6190
励磁コイルの温度
温度計測点
60
温度T(℃)
50
40
30
20
10
0
0
1
2
時間t(h)
3
50mT駆動時の温度変化
4
冷却風
エアフローと温度計測点
最も温度が高くなる励磁コイル上部温度を測定
52℃で安定してあり，リッツ線の耐熱120℃以下
大腸菌の増殖推移
磁界曝露群
磁界非曝露群
磁界曝露群
磁界非曝露群
MMC濃度 0 µg/ml
MMC濃度 0 µg/ml
MMC濃度 1 µg/ml
MMC濃度 1 µg/ml
MF 0mT only
No drug
MMC 1µg/ml
MMC 1µg/ml +MF 0mT
実験環境比較実験
磁界条件
磁束密度：0 mT
生菌数の時間変化
MMC濃度 0 µg/ml 及び 1 µg/ml において生菌数の推移が等しい
磁界発生装置と恒温装置間において磁界が曝露される以外の条件は等しい
実験系の外観
インキュベーター
水循環用ホース
恒温装置
ポンプ
恒温槽
励磁コイル
低周波磁界発生装置
増強効果の周波数依存
Reaction time：2h
抗がん剤作用の増強効果
•
•
•
•
周波数依存を確認
対数グラフで線形特性
60Hzが最も増強率が高
60Hzを堺に増強率が低
周波数影響が示唆された
Relative ratio of viable colony forming unit
0.90
0.80
6 kHz
6 Hz
0.70
0.60
600 Hz
0.50
0.40
60 Hz
0.30
0.20
増強
0.10
増強
0.00
1
10
100
1000
Frequency [Hz]
抗がん剤の増強効果における磁界条件
• 磁束密度依存性
• 周波数依存性
周波数間の相対比
10000
周波数間の生菌数の推移
MF only
No drug
MF only
No drug
MMC 1µg/ml
MMC 1µg/ml
MMC 1µg/ml +MF
MMC 1µg/ml +MF
曝露磁界周波数6Hz
MF only
No drug
MMC 1µg/ml
MMC 1µg/ml +MF
曝露磁界周波数600Hz
曝露磁界周波数60Hz
MF only
No drug
MMC 1µg/ml
MMC 1µg/ml +MF
曝露磁界周波数6kHz