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

(1) 周波数 60 Hz 以下(2) 磁束密度 50 mT

(a) 励磁コイルが単線表皮効果，発熱

(b) 電源の定格電圧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

現有の極低周波磁界発生装置

高周波駆動における問題点

fLIV 2

励磁コイル

励磁コイル

フェライトコア

固定具実験領域

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

(3) 実験温度： 37 ℃　⇒大腸菌の熱影響

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

30

6060

磁界発生部の模式図

恒温槽

フェライトコア200

180

60

励磁コイル恒温槽

駆動回路の構成

一次側端子二次側端子

15:1 のトランス接続線

電源の定格　電圧： 42

V　電流： 14

A

駆動回路図

１５：２のトランスの外観

駆動条件 (6kHz)　電圧： 372 V　電流： 58 A

電源の出力　電圧： 11.2

V　電流： 6.7

A

直列共振回路を構成トランスを

接続

2 次側の出力　電圧： 1.5 V　電流： 50 A

600Hz ：400µF

6kHz ： 4µF

共振用コンデンサ

4µF(6kHz)

400µF(600Hz)

共振用コンデンサ

実験領域の磁界分布

5 15 30 45 55

55

45

30

15

5

55 45

30 15

5

Horizontal Direction [mm] D

ep

th D

ire

ctio

n [

mm

]

実験領域Magnetic flux density [mT]

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

実験領域断面の模式図 実験領域の磁束密度分布

チューブ

磁界の向き

マイトマイシンＣ

CTTＧA

C

T

GAACT

G

A

DNA への作用機構

グアニンをアルキル化

DNA への作用機構

DNA 鎖ＤＮＡ複製が阻害

細胞増殖の抑制

抗がん剤マイトマイシンＣ

LB 溶液＋大腸菌

磁界曝露(Exposure)

磁界非曝露(Control)

マイトマイシンＣ

1µg/ml 投与

ＬＢ寒天培地

コロニー生成

コロニー生成

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

磁界曝露影響測定方法

ＬＢ寒天培地

磁界曝露影響測定結果

生菌数の時間変化

周波数間での相対比の時間変化

0 2 4 60.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

C 6Hz60Hz 600Hz6kHz

Reaction time [h]

Rela

tive

ratio

of v

ialb

le c

olon

y fo

rmin

g un

it

C:Control

6Hz,60Hz 　　：殺菌効果が増強600Hz,6kHz ：殺菌効果に影響有

MMC 1µg/ml

0 2 4 61E+02

1E+03

1E+04

1E+05

1E+06

1E+07

1E+08

1E+09

Reaction time [h]

Nu

mb

er o

f vi

able

cel

l [cf

u/m

l]

No drug

MF only

MMC 1µg/ml

MMC 1µg/ml +MF

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

実験装置固定台

位置決め固定棒

冷却用DC ブロワーファン

フェライトコア

励磁コイル

恒温槽

実験装置の概略フェライト12 ターン26/5/5/5-0.07 総芯線数 3250 本線径 6 mm

ギャップ 30 mm断面積　 60 mm × 60

mm温度　　 37℃

50 mT58 A

励磁コイル

鉄心　　　　 :

励磁コイル：

リッツ線　　：

実験領域　：

磁束密度　：

励磁電流　： 恒温槽

30

6060

磁界発生部の模式図

恒温槽

フェライトコア

200

180

60

駆動回路の構成駆動回路の仕様 励磁電流 駆動電圧

巻数 Ｎ　　　　 　 ： 24 ターン磁束密度 B 　　　 ： 50 mT面積 Ｓ　　　　　　 ： 3600 mm2

インダクタンス L 　： 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

必要な励磁電流

NLINBSV

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 11.7 V　　　 58 A 6.4 A 駆動回路図

出力定格電圧： 42 V電流： 14 A

励磁電流値の算出

磁束錯交数 ：

　　　　電流：

LINBSN

L

NBSI

インダクタンス L=170µH 　巻き数 N=24ターン

面積 S=3600mm2 　磁束密度 B=50mT

⇒必要電流値

< ファラデーの法則 >

𝐼=24巻×50𝑚𝑇×3600𝑚𝑚2

170𝜇𝐻=25.4 𝐴

漏れ磁束の評価

NLINBSV ファラデーの電磁誘導の法則

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

実験領域部 ②： 1.50Vp-p

検出した電圧比＝電流比

磁束密度 50mT 発生に必要な電流は計算により、 25.4A

29.2②①

58.2A2.294.25 I計測位置

①②

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

消費電力

WP 3.62104.182.58 32 計測回路図

6155 6160 6165 6170 6175 61800

20406080

100120140

Frequency [Hz]

Curr

ent

[mA

p-p

]

電流‐周波数特性

励磁コイルの温度

冷却風

温度計測点

エアフローと温度計測点

0

10

20

30

40

50

60

0 1 2 3 4t(h)時間

T(℃

)温

度

50mT 駆動時の温度変化

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

生菌数の時間変化

磁界曝露群　　 MMC濃度 0 µg/ml

磁界非曝露群 MMC濃度 0 µg/ml

磁界曝露群　　 MMC濃度 1 µg/ml

磁界非曝露群 MMC濃度 1 µg/ml

実験環境比較実験磁界条件

磁束密度： 0 mT

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

No drug

MF 　 0mT only

MMC 1µg/ml

MMC 1µg/ml +MF 0mT

実験系の外観インキュベーター

ポンプ

恒温装置

低周波磁界発生装置

恒温槽

励磁コイル

水循環用ホース

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1 10 100 1000 10000

Rel

ativ

e ra

tio o

f via

ble

colo

ny f

orm

ing

unit

Frequency [Hz]

6 Hz

60 Hz

600 Hz

6 kHz

増強効果の周波数依存

周波数間の相対比

Reaction time ：2h

増強 増強周波数影響が示唆された

• 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

抗がん剤作用の増強効果

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

周波数間の生菌数の推移No drug

MF only

MMC 1µg/ml

MMC 1µg/ml +MF

No drug

MF only

MMC 1µg/ml

MMC 1µg/ml +MF

No drug

MF only

MMC 1µg/ml

MMC 1µg/ml +MF

No drugMF only

MMC 1µg/ml

MMC 1µg/ml +MF

曝露磁界周波数 6Hz 曝露磁界周波数60Hz

曝露磁界周波数600Hz

曝露磁界周波数6kHz