早稲田大学大学院 先進理工学研究科
博士論文審査報告書
論 文 題 目
Effect of silver nanoparticles on the cellular responses of tumor necrosis factor alpha
申 請 者
Alaa Ahmed Ahmed
FEHAID
フェヘード アラー アヘメド アヘ メド
ナノ理工学専攻 ナノバイオ材料研究
2019 年 7 月
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銀 ナ ノ 粒 子 は そ の 抗 菌 性 か ら 防 臭 ス プ レ ー や 抗 菌 ソ ッ ク ス な ど 様 々 な 製 品 に 含 ま れ て い る 。 通 常 こ れ ら の 製 品 の 安 全 性 は 健 常 者 で 実 証 さ れ る 。 し か し 、 今 後 さ ら に 銀 ナ ノ 粒 子 を ド ラ ッ グ デ リ バ リ ー シ ス テ ム や バ イ オ イ メ ー ジ ン グ に 応 用 す る た め に は 健 常 者 の み な ら ず 、 病 態 で の 安 全 性 を 検 証 す る 必 要 が あ る 。 病 態 で の 安 全 性 を 検 証 す る 方 法 と し て 細 胞 を 用 い た 病 態 モ デ ル が あ る 。 腫 瘍 壊 死 因 子 α は 炎 症 、 ア ポ ト ー シ ス 、D N A ダ メ ー ジ に よ る 発 が ん な ど 様 々 な 病 態 を 引 き 起 こ す こ と が 知 ら れ て い る 。 実 際 、 腫 瘍 壊 死 因 子 α を 標 的 と し た 生 物 薬 剤 が 開 発 さ れ て い て 、 炎 症 や 自 己 免 疫 疾 患 な ど の 治 療 に 使 わ れ て い る 。 こ れ ま で に 様 々 な ナ ノ 粒 子 が 細 胞 の 様 々 な 受 容 体 に 作 用 す る こ と が 明 ら か に さ れ て い る 。 こ れ は 銀 ナ ノ 粒 子 が 健 康 な 状 態 と 病 態 で は そ の 作 用 が 異 な る 可 能 性 を 示 唆 す る も の で あ る 。 し た が っ て 、 銀 ナ ノ 粒 子 が 腫 瘍 壊 死 因 子 α の 受 容 体 に 何 ら か の 影 響 を 与 え る こ と が 予 想 さ れ る 。
申 請 者 は 上 記 の 考 え の も と 、 「 銀 ナ ノ 粒 子 は 健 康 な 状 態 と 病 態 に 対 し て 異 な る 作 用 を 示 す 」 と い う 仮 説 を 立 て 、 そ れ を 立 証 す る た め に 、 腫 瘍 壊 死 因 子 α を 用 い た 病 態 モ デ ル を 利 用 し て 「 腫 瘍 壊 死 因 子 α が 誘 導 す る 細 胞 応 答 に 銀 ナ ノ 粒 子 が 与 え る 影 響 」 を 検 討 し て い る 。 本 論 文 は 全 五 章 で 構 成 さ れ て い る 。 以 下 に そ の 概 要 を 述 べ る 。
第 一 章 で は 銀 ナ ノ 粒 子 の 毒 性 や 生 体 お よ び 細 胞 と の 相 互 作 用 に 関 す る 研 究 に つ い て 総 括 し て い る 。 さ ら に 腫 瘍 壊 死 因 子 α と 疾 患 や そ の モ デ ル 実 験 系 に 関 し て 述 べ て い る 。 そ し て 「 銀 ナ ノ 粒 子 は 健 康 な 状 態 と 病 態 で は そ の 作 用 が 異 な る 」 と い う 仮 説 に つ い て 論 じ て い る 。
第 二 章 で は 、 腫 瘍 壊 死 因 子 α が 誘 導 す る ア ポ ト ー シ ス に 銀 ナ ノ 粒 子 が 与 え る 影 響 に 関 し て 検 討 し て い る 。 ア ポ ト ー シ ス は ア ル ツ ハ イ マ ー 病 、 パ ー キ ン ソ ン 病 、 炎 症 な ど 様 々 な 病 気 に 関 連 し て い る 。 申 請 者 は 腫 瘍 壊 死 因 子 α を 細 胞 に 作 用 さ せ ア ポ ト ー シ ス を 誘 導 す る 実 験 系 に 銀 ナ ノ 粒 子 を 暴 露 す る こ と で ど の よ う な 影 響 を 与 え る か を 検 討 し た 。 そ の 結 果 、 銀 ナ ノ 粒 子 は 腫 瘍 壊 死 因 子 α が 誘 導 す る ア ポ ト ー シ ス を 抑 制 す る こ と が 明 ら か に な っ た 。 さ ら に そ の 分 子 メ カ ニ ズ ム を 明 ら か に す る 目 的 で 、 腫 瘍 壊 死 因 子 α の 受 容 体 の 発 現 と 局 在 の 変 化 を 検 討 し た 。 そ の 結 果 、 腫 瘍 壊 死 因 子 α の 受 容 体 は 通 常 は 細 胞 表 面 に 発 現 し て い る が 、 銀 ナ ノ 粒 子 を 暴 露 す る こ と に よ っ て 局 在 が 細 胞 質 に 移 動 し て い る こ と が 明 ら か に な っ た 。 こ れ は 、 銀 ナ ノ 粒 子 が 腫 瘍 壊 死 因 子 α と 受 容 体 の 複 合 体 と 結 合 し て 細 胞 内 に 取 り 込 ま れ て そ の 結 果 、 細 胞 表 面 の 受 容 体 の 発 現 が 低 下 し た と 考 え ら れ た こ と に よ り 、 腫 瘍 壊 死 因 子 α の 作 用 が 銀 ナ ノ 粒 子 に よ り 抑 制 さ れ た と 考 え ら れ る 。 以 上 の 結 果 か ら 、 銀 ナ ノ 粒 子 は 腫 瘍 壊 死 因 子 α が 誘 導 す る ア ポ ト ー シ ス を 受 容 体 の 再 発 現 を 減 少 さ せ る こ と で 抑 制 し て い る と 結 論 し て い る 。
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第 三 章 で は 、 腫 瘍 壊 死 因 子 α が 誘 導 す るD N Aダ メ ー ジ に 与 え る 銀 ナ ノ 粒 子 の サ イ ズ 効 果 に つ い て 検 討 し て い る 。D N Aダ メ ー ジ は 癌 や 老 化 な ど 様 々 な 疾 患 に 関 係 し て い る こ と が 知 ら れ て い る 。 そ こ で 申 請 者 は 腫 瘍 壊 死 因 子 α を 細 胞 に 作 用 さ せD N Aダ メ ー ジ を 誘 導 す る 実 験 系 に 粒 子 径 の 異 な っ た 銀 ナ ノ 粒 子 を 暴 露 す る こ と で ど の よ う な 影 響 を 与 え る か を 検 討 し た 。 そ の 結 果 、 粒 子 径1 0 n mの 銀 ナ ノ 粒 子 はD N Aダ メ ー ジ を 促 進 し た が 、 粒 子 径2 0 0 n mの 銀 ナ ノ 粒 子 は 腫 瘍 壊 死 因 子 α が 誘 導 す るD N Aダ メ ー ジ を 抑 制 し た 。 そ の 分 子 メ カ ニ ズ ム を 明 ら か に す る 目 的 で 、 腫 瘍 壊 死 因 子 α の 受 容 体 の 発 現 と 局 在 の 変 化 を 検 討 し た 。 そ の 結 果 、 粒 子 径2 0 0 n mの 銀 ナ ノ 粒 子 を 暴 露 す る こ と に よ っ て 局 在 が 細 胞 質 に 移 動 し て い た が 、 粒 子
径1 0 n mの 銀 ナ ノ 粒 子 の 暴 露 で は 受 容 体 の 局 在 に は 変 化 が 見 ら れ な か っ
た 。 こ れ は 、 粒 子 径2 0 0 n mの 銀 ナ ノ 粒 子 は 細 胞 表 面 の 受 容 体 の 発 現 を 低 下 さ せ た こ と に よ り 腫 瘍 壊 死 因 子 α の 作 用 が 抑 制 さ れ た が1 0 n mの 銀 ナ ノ 粒 子 の 暴 露 で は 受 容 体 に 関 係 な く 銀 ナ ノ 粒 子 自 体 がD N Aダ メ ー ジ を 誘 導 し た こ と を 示 唆 し て い る 。 以 上 の 結 果 か ら 、 粒 子 径2 0 0 n mの 銀 ナ ノ 粒 子 は 腫 瘍 壊 死 因 子 α が 誘 導 す るD N Aダ メ ー ジ を 受 容 体 の 再 発 現 を 減 少 さ せ る こ と で 抑 制 し た が 、1 0 n mの 銀 ナ ノ 粒 子 はD N Aダ メ ー ジ を 促 進 す る と 結 論 し て い る 。
第 四 章 で は 、 腫 瘍 壊 死 因 子 α が 誘 導 す る 炎 症 に 銀 ナ ノ 粒 子 が 与 え る 影 響 に 関 し て 検 討 し て い る 。 申 請 者 は 腫 瘍 壊 死 因 子 α を 細 胞 に 作 用 さ せ 炎 症 を 誘 導 す る 実 験 系 に 銀 ナ ノ 粒 子 を 暴 露 す る こ と で ど の よ う な 影 響 を 与 え る か を 検 討 し た 。そ の 結 果 、銀 ナ ノ 粒 子 そ の も の は 炎 症 を 誘 導 す る が 、 腫 瘍 壊 死 因 子 α が 誘 導 す る 炎 症 を 抑 制 す る こ と が 明 ら か に な っ た 。 さ ら に 銀 ナ ノ 粒 子 はN FκBを 介 し た 転 写 制 御 と イ ン フ ラ マ ゾ ー ム を 介 し た 転 写 後 の 炎 症 の 制 御 に 作 用 す る こ と を 明 ら か に し た 。 以 上 の 結 果 か ら 、 銀 ナ ノ 粒 子 は 腫 瘍 壊 死 因 子 α が 誘 導 す る 炎 症 を 受 容 体 の 再 発 現 を 減 少 さ せ る こ と で 抑 制 し た が 、 銀 ナ ノ 粒 子 そ の も の は 炎 症 を 促 進 す る と 結 論 し て い る 。
第 五 章 で は 、 本 研 究 の 成 果 を 総 括 お よ び 考 察 す る と 共 に 、 将 来 の 研 究 に 対 す る 方 向 性 に つ い て 述 べ て い る 。 申 請 者 は 「 銀 ナ ノ 粒 子 は 健 康 な 状 態 と 病 態 で は そ の 作 用 が 異 な る 」 と い う 仮 説 を 立 証 す る た め 「 腫 瘍 壊 死 因 子 α が 誘 導 す る 細 胞 応 答 に 対 す る 銀 ナ ノ 粒 子 の 影 響 」 を 検 討 し た 。 細 胞 に よ る 疾 患 モ デ ル を 用 い て 検 討 し た 結 果 、 銀 ナ ノ 粒 子 は 腫 瘍 壊 死 因 子 α が 誘 導 す る 細 胞 応 答 を 抑 制 す る と い う 結 果 を 得 て い る 。 こ の 結 果 は こ こ で の 仮 説 を 支 持 す る も の で あ る 。 以 上 の 結 果 は 銀 ナ ノ 粒 子 を 医 学 領 域 に 応 用 す る の に 有 用 な 情 報 を 与 え る と 結 論 し て い る 。 さ ら に 将 来 展 望 と し て 、 腫 瘍 壊 死 因 子 α が 誘 導 す る 疾 患 の 治 療 薬 と し て の 銀 ナ ノ 粒 子 の 可 能 性 に つ い て 議 論 し て い る 。
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以 上 、 本 研 究 に お い て 申 請 者 は 、 腫 瘍 壊 死 因 子 α が 誘 導 す る 細 胞 応 答 に 対 し て 銀 ナ ノ 粒 子 が 与 え る 影 響 を 検 討 し た 。 病 態 モ デ ル で の 銀 ナ ノ 粒 子 の 作 用 を 検 討 し た 例 は 世 界 的 に 見 て も 皆 無 で あ り 、 非 常 に 独 創 的 な 研 究 で あ る 。 得 ら れ た 結 果 は ナ ノ 材 料 の 医 学 ・ 生 物 学 分 野 へ の 安 全 な 利 用 に 多 大 な 貢 献 を な す も の で あ り 、 今 後 の ナ ノ バ イ オ ・ ナ ノ メ デ ィ ス ン 分 野 の 進 展 に 寄 与 す る と こ ろ が 大 き い 。 よ っ て 、 本 論 文 は 博 士 （ 理 学 ） の 学 位 論 文 と し て 価 値 あ る も の と 認 め る 。
2 0 1 9 年 7 月
審 査 員
（ 主 査 ） 早 稲 田 大 学 教 授 （ 任 期 付 ） 博 士 （ 薬 学 ） 東 邦 大 学 谷 口 彰 良
早 稲 田 大 学 教 授 工 学 博 士 東 北 大 学 庄 子 習 一
早 稲 田 大 学 教 授 博 士 （ 工 学 ） 早 稲 田 大 学 谷 井 孝 至
早 稲 田 大 学 教 授 （ 任 期 付 ） 博 士 （ 理 学 ） 東 京 大 学 中 西 淳
