学際的がん治療研究

        私たちは、医学者、臨床医や工学技術者など様々な分野の専門家と協力して学際的がん治療研究を推進しています（図１）。

        この研究は、

            １．有効で副作用の少ない治療の標的となりうる分子や細胞内イベントの生物学、化学的同定、

            ２．工学的治療技術のヒトへの適用に関する医学的知見の収集、

            ３．新規な電磁波ならびに化学的分解技術をベースとする装置開発、の密接な連携で構成されています。

       さらに、開発した装置を実際に使用してその結果を新規な医療機器開発にフィードバックさせて、

       現在の治療では治癒が困難である難治がんに対しても効果的で負担の少ない最適治療の実現を目指しています。

研究の出発点は、プラズマの抗がん作用

    プラズマ （図２） とは部分的に電離 （原子が電子を放出してイオンとなること） したガスで、低温、大気圧条件で生成するものを

低温大気圧プラズマ ( Cold atmospheric plasma CAP )と呼びます（図３）。  CAPは、がん細胞を傷害するが、正常細胞には影響が

小さい腫瘍選択毒性を示すことがわかり、 近年副作用の少ないがん治療法候補として注目されています。

    CAPを照射した液体（ プラズマ照射液 ）も同様な腫瘍選択毒性を発揮します。 CAPやプラズマ照射液がどのようにしてがん細胞だけを

傷害できるのかはまだよくわかっていませんが、スーパーオキシドなどの活性酸素や一酸化窒素などの活性窒素による酸化ストレスが

関与することは確かです。

    以下、プラズマ照射液の場合についてもう少し詳しく説明します。 CAPは高電圧による気体の放電で作製します。 この時周囲の空気に

含まれる酸素と窒素も電離、活性化されて、気相中に酸素分子よりも化学的に活性な化学種 （ 一重項酸素、ヒドロキシルラジカル、 

一酸化窒素、 二酸化窒素） が生成されます。 しかし、これらはいずれも寿命が極めて短く、プラズマ照射液中 （ 液相 ） にはこれらの

分子群からできる、 より安定な過酸化水素や亜硝酸イオン、硝酸イオンが検出されます（図４）。

細胞は活性酸素で”サビ“る

    材料が環境の酸素や水と結合して穴があいたりしてサビる （錆びる） のはご存知と思います。 このように安定なはずの酸素分子が物質と

反応できるのは酸素分子が対をなしていない電子（不対電子）を持っているからです。 不対電子を持つ原子や分子はラジカルと呼ばれ、

化学的に活性 （他の原子、分子と結合しやすい） 性質を持ちます。残念ながら私たちのからだも”サビ”ます。 ヒトや動物が加齢とともに構造や機能が衰える （老化する） のは体を構成する細胞、正確には、細胞を構成し、生命活動に不可欠な化合物群 （核酸、脂質、タンパク質など） が徐々に酸化されて構造が変化して正常機能が失われるためです。

    酸素分子は二つの不対電子を持つバイラジカルなので （正確には三重項酸素と呼び3O2と表します） 、他の分子から電子を奪う性質が

あります。 その結果、酸素分子は活性酸素に変化します。 活性酸素は生体化合物を急速に酸化 （サビ） させて機能を喪失させます。また、

一酸化窒素 (NO) を始めとする活性窒素も生成され、 これらも生体化合物と反応して ”サビ”を増強します。 細胞はこれらの活性酸素、

活性窒素を消去して自らを”サビ”から保護する仕組み （抗酸化系） を持ちこれに対抗しますが、 その能力を超えた活性酸素、活性窒素が

作られると細胞内にストレス （酸化ストレス、ニトロソ化ストレス ）が起こり、 機能不全、 細胞傷害、 細胞死につながります。

プラズマ照射液によってがん細胞は“サビ”る

    プラズマ照射液がどのようにしてがん細胞を傷害するかについて説明します。前述のようにプラズマ照射液は過酸化水素(H₂O₂)や

窒素酸化物(亜硝酸イオン/硝酸イオン NO₂⁻/NO₃⁻)を含んでいます。 プラズマ照射液を細胞に添加するとその中に様々な活性酸素を

二次的に増加させることがわかりました。 この結果はCAPによってがん細胞がサビることを示唆します。 細胞はアポトーシスという仕組みで死滅し、 がん細胞はこの誘導に抵抗性を持つことが知られています。 

    現在行われているがんの標準治療 （外科的治療、放射線治療、化学療法、免疫療法） の中で放射線、 化学、 免疫療法は多くががん細胞に

アポトーシスを起こさせるものであるためにこの抵抗性が高いがんは治療が困難になります。 しかし、 がん細胞に強くアポトーシスを起こす

ことができればこのような難治がんも治療できるようになります。 

    プラズマ照射液は難治がんである骨肉腫や口腔癌の細胞膜や細胞核を著しく損傷してアポトーシスを誘発しました。 また、動物で骨肉腫の

増殖と肺転移を抑制するという顕著な抗がん作用を発揮しました （詳しくはこちら Ando et al., Front Oncol, 2021）。 

    さらに、がん細胞内の小器官であるミトコンドリアの中にあるカルジオリピンというリン脂質 (リン酸基を持つ脂質） を著明に酸化することを見出しました。 カルジオリピンはチトクロームCというタンパク質をミトコンドリアに繋ぎとめるアンカーの役割をしていますが、 この結合はカルジオリピンの酸化によって弱まることが知られています。 その結果、 ミトコンドリアが傷害されるとこのチトクロームCが細胞内に漏出し、カスパーゼというタンパク分解酵素を活性化してアポトーシスを誘発すると考えられます。

がん細胞は正常細胞よりも”サビ”やすい

    これに対して、 プラズマ照射液はそれぞれのがんの正常細胞モデル （ がん細胞ではないが培養できる細胞を指す ） の増殖は抑制しないか

または促進しました。 アポトーシスは誘発されず、 細胞や細胞核の傷害も軽微でした。 さらに、細胞内の活性酸素も増加せず、 

カルジオリピンの酸化 も見られませんでした。これらの結果から、 「がん細胞は正常細胞よりも何らかの理由で”サビ”やすい」 と考えられます。     

    考えられる理由のひとつは、酸化を防ぐ抗酸化系の低下です。 実際この考えはオゾン溶解液を用いた実験により確かめられました

（詳しくはこちらSuzuki-Karasaki et al., Eur J Cell Biol, 2023 ）。

オゾン溶解液ー新たな抗がん性水溶液

    空気プラズマ照射液を作製する際に強いオゾン ( O₃ ) 臭があることから気相中にオゾンが生成することがわかりました。 

    オゾンは酸素原子3個からなる酸素の同位体で、 フッ素に次ぐ強い酸化力を持つ活性酸素のひとつです。 加水分解によって

ヒドロキシルラジカルや過酸化水素を生じます。 したがって、 もしかすると空気プラズマ照射液中にはオゾンが存在して抗がん作用に関与する

のではないかと考えられました。 

    この仮説を確かめるにはオゾン溶解液を作製して抗がん活性を調べる必要がありましたが、それには新規な実験機器が必要でした。

その理由は、 従来のオゾン作製法に問題があったからです。 オゾンは空気の放電で容易に産生されますが、 同時に窒素酸化物も生じます。 

この窒素酸化物が空気プラズマ照射液中に亜硝酸イオン、 硝酸イオンとなって溶け込み、 プラズマ照射液の抗がん作用に影響を与えるおそれが

ありました。 そのため、 オゾン自体の抗がん作用を調べるには窒素酸化物を生成しないオゾン発生器が不可欠だったのです。

    そこで、 精密機器メーカーの 東京計器 （株） と共同でそのような装置を開発しました。 開発された装置は純粋酸素( 99.9% )を誘電体バリア

放電によるプラズマで励起してオゾンを作製し、 液体中にバブリングさせるものです。 すべての工程が閉鎖系で行われて空気中の窒素が

混入しないので、 理論上オゾンだけが産生され、 窒素酸化物はできない仕組みになっています。

     作製されたオゾン溶解液には、 オゾンの他に過酸化水素が検出されました。 これに対して、 予想どおり窒素酸化物は検出限界以下でした。

    プラズマ照射液と同様にオゾン溶解液は骨肉腫、口腔癌細胞の増殖を抑制し、 細胞死を誘発しました。 さらにオゾン溶解液は、 

悪性神経膠腫の中で最も悪性なグリオブラストーマ （ 膠芽腫 ） にも有効でした ( 詳しくはこちら ） Suzuki-Karasaki M et al., 

Eur J Cell Biol, 2023)。 グリオブラストーマは進行が非常に早く、 外科的手術、 化学療法や放射線による集学的治療にも抵抗性である

ために全生存期間はわずか14.6ヶ月に留まっており、 画期的な治療法が早急に求められているがんです。 このような成果からODMは新規な抗がん剤候補になると考えられたので、 これを特許出願中です （ 発明の名称： オゾン含有水溶液組成物 国際出願番号 ： PCT/JP2022/039317)。

    最近の研究により細胞が死滅するメカニズムはアポトーシスだけではなく、 オートファジー、 パラトーシス、 フェロトーシス、 パイロトーシス、パルタナトスなどの多くの別の経路 （ 総称して非アポトーシス細胞死と呼びます ） があることが明らかになりました。 興味深いことに

アポトーシス抵抗性のがん細胞もこれらの別の細胞死には感受性であることがわかってきました。 そのため、 非アポトーシス細胞死の活性化は新たながん治療標的として注目されています。 グリオブラストーマは非常にアポトーシス耐性なので、 オゾン溶解液はアポトーシスとは別の

細胞死を起こしている可能性がありました。 研究の結果、 複数の非アポトーシス細胞死が抗がん作用に関与することがわかり、 現在さらにそのメカニズムを詳しく調べています。

ミトコンドリア：細胞の生と死を調節する細胞小器官

    ミトコンドリア（図５）は、 細胞内の糸状構造として発見され、 1900年代初頭にドイツの C. Bendaによって糸球体 ( ギリシャ語のμιτοζ mitos 糸および κονδρον khondrion粒 に由来 ） と命名されました。 外膜と内膜の二重膜構造からなる細胞小器官

（ オルガネラ ）で、 エネルギー産生システム （ 電子伝達系、ATP合成酵素 ） を持ち、酸素呼吸 （ 好気的リン酸化 ） によるエネルギー( ATP )

産生の場であるので、 古くは細胞の “ 発電所 ” と呼ばれていました。 しかし現在では、 ミトコンドリアは細胞応答の調節、 代謝、 カルシウム、鉄の制御など非常に多様な機能を持つことがわかっています。 特に注目すべきは、 ミトコンドリアが、 細胞の生と死を司る正反対の機能を

持つ点です。 健常なミトコンドリアによるエネルギー産生は細胞の生存に不可欠ですが、 一旦、 ミトコンドリアが傷害されると逆に細胞の死を

招く物質が細胞内に放出されてしまうのです。

    この細胞死を誘発する仕組みをうまく使えばがんの治療に利用できるのではないか、 こう考えて世界中で多くの科学者がミトコンドリアを

標的としたがん研究を行っています。 その中で私たちはミトコンドリアの動態に焦点を当てて研究を行っています。 ミトコンドリアの動態とは、「ミトコンドリアの形態」 と 「ミトコンドリアの細胞内分布」 を合わせた状態を指します。

がん細胞の“サビ”はミトコンドリア動態異常につながる

    通常ミトコンドリアは網状構造を作って細胞質に広く分布しており、 これを汎細胞質分布と呼びます。 中程度 （ 細胞死は起きない ） の酸化ストレスが細胞に起きると、 ミトコンドリアはつながりを解消してバラバラに分かれて （ 分裂と呼びます ） 核周囲全体に分布します。 この

分布を PNMC （ Perinuclear mitochondrial clustering適当な和名はありません ） といいます。 私たちは、 世界に先駆けてプラズマ

照射液やオゾン溶解液がこれらの分布様式とは異なるミトコンドリアの分布を引き起こすことを発見しました。 ミトコンドリアは分裂した後に、 核の片側の周縁部近傍に塊を作り、 これががん細胞の死滅につながることを明らかにしました （ 詳しくはこちら Suzuki-Karasaki et al., IntJ MolSci, 2022; Eur J Cell Biol, 2023)。 そこで 、 この現象を単極性ミトコンドリア核辺縁部クラスター 成 ( Monopolar perinuclear mitochondrial clustering, MPMC ) と命名しました。 これまでがん細胞では中程度の酸化ストレスがPNMCを起こしてがん細胞を低酸素から保護することが知られていましたが、 MPMCは細胞死に関与するミトコンドリアの分布の初めての例となります。 

プラズマ照射液の抗がん作用には活性酸素や活性窒素が重要な役割を果たすことが知られていましたが、 私たちは、 MPMCには活性酸素や

活性窒素が必要なことを突き止めました （ 詳しくはこちら Suzuki-Karasaki et al., IntJMolSci, 2022; Eur J Cell Biol , 2023)。

    これに対して、 細胞死が起こらない正常細胞ではミトコンドリアは分裂するに留まり、 MPMCは形成されないことからMPMCが細胞死に

必要なことがわかりました。

図８．ミトコンドリア(MT)分布

Members

プラズマやオゾンのその先へ

    プラズマ照射液やオゾン溶解液はいずれもがん細胞を優先的に傷害して正常細胞に対する影響は小さいので、 有効で安全な治療を提供

できることが期待されます。 しかし、 実用化には問題が残されています。 空気プラズマ照射液は比較的簡単に作れますが、 前述のように

オゾンが周囲に発生します。 高濃度オゾンは人体に大変有害なので取扱いに注意が必要になります。 オゾン溶解液の製造装置はオゾンの

危険性に対処するための安全設計が必要なので、 コンパクトにするのが困難です。 

    さらに、どちらの液体も速やかに活性が失われるので、低温保存しても長期の使用が困難です。 これらの短所のない抗がん水溶液を作る

にはプラズマやオゾンを使用しない方法が必要です。 さらに、 できればベッドサイドで作製できるようになれば、 活性の低下を心配しないで

薬剤を直ちに投与できます。 そこで、私たちは電磁波技術の専門家と一緒にこの問題の解決に取り組んでいます。 また、 口腔癌のような患部が見えるがんの場合はがんの外から酸化ストレスをかけてがんを治療することも可能と思われます。 現在、特殊な化学物質をがんに蓄積させ、レーザーを当ててがん細胞の中に活性酸素を生成させ死滅させるという光力学療法が行われていますが、 私たちはレーザーを使わず、

また特別な化合物も必要としない方法の開発に成功しました （ 特許出願準備中 ）。 

    今後、臨床適用のための研究を臨床家の皆さんとともに進めていきます。

最近の業績 Achievements: Papers, Conference Presentations, Awards, Patents

研究論文 Research Papers

1.    Ochiai Y, Suzuki-Karasaki M, Ando T, Suzuki-Karasaki M, Nakayama H, Suzuki-Karasaki Y. Nitricoxide-dependent cell death in glioblastoma

    and squamous cell carcinoma via prodeath mitochondrial clustering. Eur J Cell Biol 103, 151422, 2024.

2.    Suzuki-Karasaki M, Ochiai Y, Innami S, Okajima H, Suzuki-Karasaki M, Nakayama H, Suzuki-Karasaki Y. Ozone mediates the anticancer

    effect of air plasma by triggering oxidative cell death caused by H2O2 and iron. Eur J Cell Biol 102, 151346, 2023.

3.    Suzuki-Karasaki M, Ando T, Ochiai Y, Kawahara K, Suzuki-Karasaki M, Nakayama H, Suzuki-Karasaki Y. Air plasma-activated medium evokes

    a death-associated perinuclear mitochondrial clustering. Int J Mol Sci 23:1124, 2022.

4.    Ando T, Suzuki-Karasaki M, Suzuki-Karasaki M, Ichikawa J, Ochiai Y, Yoshida Y, Haro H, Suzuki-Karasaki Y. Combined Anticancer effect of

    plasma-activated infusion and Salinomycin by targeting autophagy and mitochondrial morphology. Front Oncol 593127, 2021.

学会発表 Conference Presentations

1.    Hideki Nakayama, Manami Suzuki-Karasaki, Kenta Kawahara, Yoshihiro Suzuki-Karasaki. Air plasma-activated medium exerts anticancer

    effects by inducing tumor-selective monopolar perinuclear mitochondrial clustering. 10th World Congress of the International Academy of Oral

    Oncology (IAOO), Liverpool, UK, 7/16〜7/19, 2025.

2.    鈴木真奈美、川原健太*、中山秀樹*、鈴木良弘 APAMはフェロトーシスならびにオキシトーシス様細胞死を誘発して口腔扁平上皮癌を傷害する。

    第79回日本口腔科学会 5/15〜5/17、キッセイ文化ホール、松本, 2025

3.    中山秀樹、鈴木真奈美、川原健太、鈴木美喜、鈴木良弘 空気プラズマ照射液は腫瘍選択的にミトコンドリアの単極性核辺縁部集積を誘発し抗がん

    作用を示す。 第10回治療耐性がん研究協議会セミナー 2024年2月 鹿児島

4.    Manami Suzuki-Karasaki, Yushi Ochiai, Shizuka Innami, Hiroshi Okajima, Miki Suzuki-Karasaki, Hideki Nakayama, Yoshihiro Suzuki-Karasaki.

    Ozone exhibits anticancer activity by triggering mitochondria-targeted oxidative cell death. 26th International Symposium on Molecular Medicine

    Tivoli, Italy 11/2〜11/4, 2023.

5.    Yoshihiro Suzuki-Karasaki, Manami Suzuki-Karasaki. Changes in mitochondrial morphology and positioning in cancer cell death caused by

    mitochondrial oxidative stress. 26th International Symposium on Molecular Medicine Tivoli, Italy 11/2〜11/4, 2023.

6.    Yushi Ochiai, Manami Suzuki-Karasaki, Miki Suzuki-Karasaki, Yoshihiro Suzuki-Karasaki. 第82回日本癌学会学術集会 9/21〜9/23 

    パシフィコ横浜、 横浜、 2023.

7.    中山秀樹、鈴木真奈美、川原健太、篠原光佑、平山真弓、鈴木良弘 空気プラズマによるミトコンドリアを標的とした口腔癌治療の基盤研究

    第68回日本口腔外科学会総会・学術集会 11/10〜11/12 大阪国際会議場、大阪.

受賞 Awards

1.    第７０回栃木県発明展覧会特許庁長官賞 (2020)．

2.    鈴木真奈美、川原健太*、中山秀樹*、　鈴木良弘 APAMはフェロトーシスならびにオキシトーシス様細胞死を誘発して口腔扁平上皮癌を傷害する

    第79回日本口腔科学会 5/15〜5/17、　キッセイ文化ホール、　松本, 　鈴木真奈美　2025年度日本口腔科学会Rising Scientist賞.

知的財産権 Patents

1.  発明の名称：オゾン含有水溶液組成物 国際出願番号：　PCT/JP2022/039317 (2022)．

2.   特許第666792号、産業財産権の名称：　抗癌剤の製造方法、 抗癌剤および医薬 （2020）．