文 献
7. 生体ラジカル発生へのマイクロ波影響の実験調査
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Ⅰ 要旨
生体防御機構の一つに生物ラジカルがある。生物ラジカルとは、生体中において生 成・消滅する不対電子対を有する分子のことであり、これは一方で発癌、老化などの多 くの疾患に関与し得る毒性を持つものである。本研究では、各種マイクロ波照射による 生物ラジカル発生について実験調査を行い、基本的特性を明らかにすることを目的とし ている。
研究代表者等はこれまでに、マイクロ波照射が生物ラジカル発生にあたえる影響を調 査するための基礎実験をおこなってきた。平成15年度および16年度においては、マイ クロ波照射が生体ラジカル発生機序に与える影響についての調査・研究を目的として、
平成15年度ではISM周波数帯である2.45GHz連続波(CW)に対応した開放形マイクロ波 照射装置、平成16年度には移動体通信に用いられる900MHz(CW)帯リッジド導波管型 高密度マイクロ波照射装置の開発およびパルス変調波の照射実験系を構築してきた。ま た、生体ラジカル評価対象組織として、平成15年度は動物の筋組織および摘出組織を、
平成16年度は培養したヒト真皮由来繊維芽細胞を用いてマイクロ波照射および基礎的 なラジカルの検出実験を行った。この結果として、組織温度がタンパク質の凝固温度以 下を保持したマイクロ波照射では、紫外線(UV-A)照射後のヒドロキシルラジカルが発 生した組織と比較して、いずれの周波数帯でも明確なラジカル発生は観測されないこと を明らかにしてきた。
本年度はISM周波数帯である2.45GHz連続波(CW)およびパルス変調波、900MHz連 続波(CW)に加え、移動体通信に用いられる900MHz帯の変調信号を用いたマイクロ波 照射実験系を構築する。被照射試料として平成16年度で用いた繊維芽細胞は、比較的紫 外線等の影響を受けやすいためラジカル反応の検出に適しているが、さらに影響の受け やすい細胞として血球細胞(白血球、赤血球、血小板、リンパ球等)がある。例えば、骨 髄やリンパ節は造血細胞と支持細胞から構成されているが、前者は放射線に非常に感受 性が高く、後者は比較的抵抗性があるとされる。これら血球細胞に関して、変調も含め たマイクロ波照射に起因するラジカル発生影響についての詳細な検討、実験調査例はこ れまで明らかにされていなかった。そこで、平成17年度は、繊維芽細胞に加え、新たに 血球細胞についてラジカル発生にマイクロ波照射が及ぼす影響について調査を行い、さ らに、各周波数帯において、変調信号の違いによる影響についても詳細な検討を行った。
調査に関しては、SAR(比吸収率)および温度との関係に着目して測定を行う。紫外線照 射によるラジカル発生をコントロールとし、蛍光観察実験およびESR（Electric Spin
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Resonator：電子スピン共鳴装置）によるラジカル測定実験を行う。
本研究では、照射マイクロ波として、ISM帯の2.45GHzでは連続波（CW）およびパ ルス変調波(Pulse)、移動体通信に用いられる900MHz帯においては、連続波およびGSM、 PDC、cdma2000、パルス変調波を用いる。
生体ラジカルの検出は、平成16年度までの研究においてその有効性および検出感度に ついて検討を行った電子スピン共鳴装置（ESR）およびDCFH-DA蛍光観察法を用いて 行った。
実験の結果は、いずれの測定においても紫外線の場合と比較して、マイクロ波を照射 した場合では明確なラジカル発生は確認されなかった。また、血球細胞におけるラジカ ル発生は、温度上昇が支配的であり、周波数帯および変調方式によらずマイクロ波照射 による直接的な生体ラジカル発生影響は観測されなかった。
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Ⅱ 研究目的
ラジカルとは、不対電子を有する分子または原子の総称であり、遊離基あるいはフリ ーラジカルともいわれる。ラジカルは分子あるいは原子の最外殻軌道に不対電子を有す るため、不安定であり、かつ反応性が非常に高い。図1に、水分子を例としてラジカル の体系を示す。
また近年、ガンや内臓疾患等の健康被害への関心の高まりとともに注目されるように なってきたものに活性酸素がある。活性酸素は、大気中に含まれる酸素分子が、より反 応性の高い化合物に変化したものをいい、一重項酸素、スーパーオキシドアニオンラジ カル(通称スーパーオキシド)、過酸化水素、ヒドロキシルラジカルがある。このうち、
スーパーオキシドアニオンラジカルおよびヒドロキシルラジカルの2種類が不対電子を 有する生体ラジカルである。
これらラジカルの生体への影響について、近年の研究でガン、心疾患あるいは潰瘍等 の多くの疾患の原因となることが分かっている。生体中のラジカルは、病原菌を退ける 役割があるが、一方でその体内における過剰な発生はすべての組織細胞を酸化させ、多 くの疾患を誘発させる。ラジカルの生体影響について代表的なものを以下に示す。
・体内たんぱく質あるいはアミノ酸を変性
・体内の脂質を過酸化
・核酸（ＤＮＡやＲＮＡなど）を分解
・酸素を失活
細胞が損傷を受けることで、多くの疾患が生じ、人体における疾患の９０％以上に生 物ラジカルが関与しているともいわれている。
化学的には、以下の条件によりラジカルが生成される。
・熱分解、光分解、放射線分解などの化学結合の切断(homolysis)
・他のラジカルの分解、転位、付加、誘発など二次的反応
・電子の授受
一方、生体内におけるラジカルについては、様々な発生原因が報告されている。
例えば、先にあげたスーパーオキシドアニオンラジカルは呼吸作用によって生体中で 常に生成される。これは主に生体中の免疫機能に用いられ、不要な場合についてはSOD と呼ばれる抗酸化物質により分解される。しかしながら、その生成が過剰であった場合 には、細胞に対して攻撃的に作用し、老化あるいは遺伝子損傷の原因となる。また、 過 剰に生成されたスーパーオキシドアニオンラジカルは、過酸化水素を経て活性酸素の中
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でもっとも反応性の高いラジカルであるヒドロキシルラジカルを発生させる。
さらに生体中に過剰なラジカルを発生させる要因として、空気中の汚染物質、アル コールの摂取、 放射線や紫外線のばく露、過剰なストレス等があげられている。また、
明確な報告例は存在しないにも関わらず、電磁波の影響をあげるものも多い。
本研究では、マイクロ波が生体ラジカルに与える影響について実験的な検討を行うも のであり、生体ラジカル発生に対するマイクロ波の直接影響の有無を明らかにすること を目的としている。
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Ⅲ 試験方法
1. 測定試料
平成17年度においては、被照射試料として、ヒト真皮由来繊維芽細胞および血球細胞 を用い、マイクロ波照射がラジカル発生に及ぼす影響の調査を行う（図2）。
2. 照射電波
調査照射電波として、以下に示す周波数帯および変調信号を用いて照射実験を行う。
1. 2.45GHz：連続波（CW）、パルス変調波(Duty:10%)
2. 900MHz：CW、パルス変調波(Duty:10%)、GSM、PDC、cdma2000
3. 検出方法
ラジカル検出手法として、電子スピン共鳴装置（ESR）を使用する方法、DCFH-DA 蛍光観察法の2種類の方法により行う。生体中に発生するラジカルは、その寿命がおお よそ10-8秒程度と短寿命なため、これを直接測定することはできない。そこで、被照射 細胞に対して、ESRの測定においてはラジカル発生時にこれをとりこみ安定ラジカル (スピンアダクト)とするためのスピントラップ剤、蛍光観察においてはラジカルと化合 するDCFH試薬を添加し、これを検出することにより間接的にラジカル発生を評価する。
なお、本実験調査ではラジカル発生のPositive Controlとして長波長紫外線（UV-A、
波長：320～400nm）を使用する。紫外線照射は、ラジカル発生機序の一つとして確認
されていることから、測定法の有効性確認とマイクロ波照射によるラジカル発生量との 比較のために行った。
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安定状態
ラジカルの 発生要因 一酸化窒素，酸化型ビタミン類etc.
例） 水分子 ：
H H
H N
S
例） 水分子 ：
(a)血球細胞 (b)繊維芽細胞 図2 被照射試料
4. 実験系
本報告では、培養した繊維芽細胞あるいは全血から画分した白血球細胞にラジカル検 出用試薬を添加した後、各周波数に対応した照射装置によりマイクロ波の照射を行う。
不対電子
R
再結合
放射線 紫外線 熱 超音波 酸化還元 剪断・歪 放電
反応
ヒドロキシル
（ＥＳＲで検出） ラジカル
O N
S H
hν, Δ
hν, Δ
H H
H N
S H 不対電子 N
S
不対電子
R
再結合
放射線 紫外線 熱 超音波 酸化還元 剪断・歪 放電
反応
ヒドロキシル
（ＥＳＲで検出） ラジカル
O N
S H
O N
S O N
S H
hν, Δ
hν, Δ O
（ＥＳＲで検出）
R-R R・
水素ラジカル 酸素,
連鎖反応
不対電子
短寿命（10-8～1秒）
スピントラップ法による測定 マイクロ波？
図1 ラジカルの体系
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び900MHz帯リッジド導波管型照射装置を用いる。以下、照射装置について説明する。
4.1 2.45GHz帯開放系マイクロ波照射装置
2.45GHzマイクロ波照射装置の構成を図3に示す。開放型高電力ばく露装置である。
導波管内等ではなく開放型とした理由は、より実条件に近いマイクロ波照射を実現する ため、また被照射試料設置に要する時間が短くでき、設置試料の寸法自由度が高いため、
さらに後述する温度制御機構等、追加装置の組み込みが容易なためである。測定試料に マイクロ波を照射する場合、局所的に高いエネルギー密度の部分が生じるような照射は、
測定の不安定要素を増加させるため望ましくない。そこで、測定試料全体に均一なばく 露を実現するため、ホーンアンテナおよび誘電体レンズにより平面波を励振する構成と した。今回用いたマイクロ波発振器の諸元は表1に示す通りである。試料に対するマイ クロ波出力はマグネトロンの出力を調整することにより任意に設定可能である。また、
誘電体レンズを用いることにより、測定試料を設置する領域に均一なばく露面が構築可 能である。マイクロ波の不要な反射および散乱を防止するため、 試料後方に高出力に 対応した電波吸収体を設置している。
35mm
電源部 ホーンアンテナ
（145×140×187mm） 10dBi
電波吸収体
マ グ ネ ト ロ ン 部
205mm
図3 マイクロ波照射装置の構成
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