癌は世界における死亡の主な原因の一つであり、放射線治療は癌治療の重要な手段であるが、正常組織、特に唾液腺などの敏感な組織にも損傷を与える。放射線治療による酸化ストレスと炎症反応は、唾液腺機能障害の主な原因である。そのため、放射線治療の副作用を軽減し、正常組織を保護する放射線防護剤の探索が現在の研究の焦点となっている。

キトサン（Chitosan）は甲殻類の外殻から抽出された生体高分子で、抗酸化、抗炎症、および細胞増殖促進の特性を持つ。近年、キトサンナノ粒子（Chitosan Nanoparticles, CS NPs）は、特に放射線防護分野での生物医学応用の可能性から注目を集めている。しかし、キトサンナノ粒子が放射線治療による唾液腺損傷を軽減するメカニズムは完全には解明されていない。そこで、本研究では、キトサンナノ粒子が放射線治療による唾液腺の組織学的および生化学的影響を軽減できるかどうかを探り、放射線防護剤としての潜在能力を評価することを目的とした。

論文の出所

本研究は、エジプト、ヨルダン、サウジアラビアの複数の研究者が共同で実施し、主な著者にはIbrahim Y. Abdelrahman、Omayma M. Meabed、Ali Shamaaらが含まれる。研究チームは、エジプト原子力庁（Egyptian Atomic Energy Authority）、ベニスエフ大学、カフルエルシェイク大学など複数の機関から構成されている。本論文は2025年3月13日に『Bionanoscience』誌に受理され、同年に発表された。

研究の流れ

1. キトサンナノ粒子の合成と特性評価

研究者はまずキトサンナノ粒子を合成した。具体的な手順は、キトサン粉末を2%の酢酸溶液に溶解し、その後91%のイソプロパノールを加え、γ線照射によってフリーラジカルの生成を停止させた。合成されたナノ粒子は、高分解能透過型電子顕微鏡（HRTEM）、走査型電子顕微鏡（SEM）、および動的光散乱（DLS）技術を用いて特性評価された。結果、ナノ粒子の平均直径は58.45±1.5 nm、ゼータ電位は29.8 mVであり、良好な安定性を示した。

2. 動物モデルと実験設計

研究では45匹の成体雄性アルビノラットを使用し、対照群（15匹）、放射線照射群（15匹）、キトサンナノ粒子処理群（15匹）の3群に分けた。放射線照射群と処理群のラットは頭部に15 Gyのγ線を照射し、処理群は放射線照射の2日前から照射後7日間、毎日200 mg/kgのキトサンナノ粒子を経口投与した。実験期間中にラットの生存率を記録し、実験終了後に耳下腺組織を採取してさらに分析した。

3. 生化学的指標の検出

研究者は、各群のラットの血清中の酸化ストレスマーカー（例：マロンジアルデヒドMDA）、抗酸化酵素活性（例：スーパーオキシドディスムターゼSODおよびカタラーゼCAT）、炎症性因子（例：腫瘍壊死因子TNF-αおよびインターロイキンIL-6）、およびアレルギーマーカー（例：ヒスタミンおよび免疫グロブリンE IgE）を測定した。結果、放射線照射群のラットではMDAレベルが著しく上昇し、SODおよびCAT活性が著しく低下しており、放射線照射が重度の酸化ストレスを引き起こしたことが示された。キトサンナノ粒子処理群のラットではMDAレベルが低下し、SODおよびCAT活性も回復したが、対照群のレベルには達しなかった。

4. 組織学および免疫組織化学的分析

免疫組織化学的手法を用いて、研究者は耳下腺組織中の増殖細胞核抗原（PCNA）の発現を検出した。結果、放射線照射群ではPCNA発現が著しく増加しており、放射線照射が細胞増殖反応を促進したことが示された。キトサンナノ粒子処理群ではPCNA発現がさらに増加し、キトサンナノ粒子が細胞再生を促進する作用を持つことが示された。

主な結果

1. キトサンナノ粒子の合成と特性評価：合成されたナノ粒子は均一なサイズ分布と良好な安定性を持ち、生物医学応用に適している。
2. 生存率：放射線照射群のラットの生存率は20%であったが、キトサンナノ粒子処理群では60%に上昇し、キトサンナノ粒子が放射線照射後の生存率を著しく向上させたことが示された。
3. 生化学的指標：キトサンナノ粒子は放射線照射による酸化ストレスと炎症反応を部分的に軽減したが、その効果は正常レベルまで完全には回復しなかった。
4. 組織学的分析：キトサンナノ粒子は放射線照射後の耳下腺組織の細胞再生を促進し、唾液腺機能を保護する潜在能力を示した。

結論と意義

本研究は、キトサンナノ粒子が放射線防護剤として、放射線治療による唾液腺の損傷を効果的に軽減し、実験動物の生存率を向上させることを示した。その作用機序は、抗酸化、抗炎症、および細胞再生促進の特性に関連している可能性がある。この発見は、新しい放射線防護剤の開発に重要な実験的根拠を提供し、潜在的な臨床応用の価値を持つ。

研究のハイライト

1. 革新性：本研究は初めてキトサンナノ粒子が放射線治療中の唾液腺を保護する作用を体系的に評価し、この分野の研究空白を埋めた。
2. 学際的アプローチ：研究はナノテクノロジー、放射線生物学、免疫学など複数の学問分野を組み合わせ、キトサンナノ粒子の生物医学応用の広範な可能性を示した。
3. 臨床応用の展望：研究結果は、キトサンナノ粒子を基にした放射線防護剤の開発に理論的基盤を提供し、将来の臨床放射線治療において患者の副作用を軽減する可能性がある。

その他の有益な情報

キトサンナノ粒子は放射線治療の副作用を軽減する効果を示したが、その作用機序はさらなる研究が必要である。今後の研究では、キトサンナノ粒子と他の抗酸化剤や抗炎症薬の併用を探り、放射線防護効果をさらに高めることができるかどうかを検討する予定である。また、研究チームは臨床試験を実施し、キトサンナノ粒子の人体における安全性と有効性を検証する計画である。

本研究を通じて、キトサンナノ粒子が放射線防護剤としての潜在能力が初めて検証され、将来の癌治療に新たな視点とツールを提供した。