平成15年度日本学術振興会未来開拓学術研究推進事業研究成果報告書概要



研究推進分野名   強磁場下の物質と生体の挙動
 
研究プロジェクト名   強磁場下の生体挙動と影響評価
 
(英文名)   Biological Responses to Magnetic Fields and the Risk Assessment
 
研究期間   平成11年度〜平成15年度

プロジェクト・リーダー名
研究経費
総額  371,663千円
氏名・所属研究機関
所属部局・職名
宮越 順二・弘前大学
医学部・教授
内訳 平成11年度 72,944千円
平成12年度 70,000千円
平成13年度 72,719千円
平成14年度 85,000千円
平成15年度 71,000千円

1.研究組織

氏名 所属機関・部局・職 研究プロジェクトでの役割分担
多氣 昌生 東京都立大学・大学院工学研究科・教授 高周波曝露装置の開発・製作
岩坂 正和 東京大学・大学院医学系研究科・講師 定常強磁場の細胞応答と配向
池畑 政輝 (財)鉄道総合技術研究所・基礎研究部・研究員 ショウジョウバエの遺伝的影響
米井 脩治 京都大学・大学院理学研究科・教授 研種々の大腸菌株における磁場の遺伝毒性
滝本 晃一 山口大学・農学部・教授 低周波磁場による種子発芽への影響
郭  國禎 中国・第四軍医大学・教授 高周波の生体影響解析
中原 岳久 弘前大学・医学部・講師 強定常磁場の細胞基本動態への影響
丁  桂榮 弘前大学・医学部・リサーチアソシエイト 低周波磁場と他の外的要因との複合曝露効果
高島 良生 弘前大学・医学部・リサーチアソシエイト 酵母における定常磁場応答の解析

2.研究計画の概要

1) 磁場の生体影響評価とメカニズムの解明について:
 定常、低周波および高周波磁場を細胞に曝露するための装置を開発・製作する。これらの装置を使って磁場により細胞がどのように応答するかを調べ、磁場作用のメカニズムを解析する。細胞レベルにおける主な評価指標としては、(1)致死効果の有無やその程度ならびに細胞増殖の速さ、(2)染色体異常や姉妹染色分体交換頻度、(3) DNAに対する損傷の有無とその修復機構への作用、(4)遺伝子機能の変化、つまり特定遺伝子の発現と突然変異、(5)シグナル伝達、(7)トランスフォーメーションなどについて解析を行う。また、微生物、特に大腸菌を用いて変異原性についての磁場影響を調べたり、特定の遺伝子を欠損している大腸菌の磁場に対する応答の変化を正常のものと比べたりして、遺伝子レベルにおける影響を探索する。一方、個体レベルとしてショウジョウバエを用いて、体細胞突然変異検出系における、遺伝的影響への可能性について調べる。以上のように、主として分子細胞生物学的な研究を通して磁場環境における生体影響のメカニズム解明を推し進める。さらに、細胞レベルならびにショウジョウバエの結果を総合的に判断し、磁場の生体影響評価を行う。
2) 磁場の医療応用への可能性について:
 定常磁場により配向した高分子重合体を足場とする細胞の機能変化を調べる。また、変動磁場については、細胞の磁場応答を新規医療、特に再生医療分野への応用の可能性を探索する。 

3.研究目的

 現代社会における生活・労働環境には種々の磁場が存在し、これらに曝される機会が増してきている。磁場の生体影響は不明な点が多く、科学的影響評価とメカニズムの解明が社会的要請となっている。このような背景から、強磁場の生体(細胞)挙動の解明ならびに影響評価を研究目的とする。
細胞曝露用の強定常磁場、低周波磁場、および高周波磁場、それぞれの発生装置を作製する。
細胞の基本動態に対する強磁場の影響評価を行う。
細胞の遺伝毒性に対する強磁場の影響評価を行う。
細胞の強磁場応答について、分子生物学的に機構解析を行う。
個体として、ショウジョウバエに対する強磁場の遺伝的影響を評価する。
細胞の強磁場応答を利用して、医療応用、特に再生医科学分野における応用の可能性を探索する。

4.研究成果の概要

4−1 研究計画、目的に対する成果
 定常、低周波および高周波それぞれの磁場曝露装置を作製した。細胞の基本動態(増殖、生存、細胞周期)については、定常、低周波および高周波磁場曝露による影響は認められなかった。細胞の遺伝毒性については、定常磁場単独では顕著な効果は見られなかった。しかしながら、放射線や化学物質との複合曝露により、突然変異や微小核形成の頻度が上昇した。低周波磁場では、高磁束密度の磁場により曝露量依存的に突然変異、染色体異常の増加が認められた。この効果は、外的要因との複合曝露でさらに顕著であった。分子生物学的な機構解析の結果、低周波の磁場応答については、細胞内カルシウムやプロテインカイネースの関与するシグナル伝達に影響を及ぼしていることが明確となった。ショウジョウバエを用いた遺伝的影響として、正常系統で影響はないものの、強定常磁場により、遺伝子修復欠損系統で、染色体組み換え頻度の上昇が認められた。医療応用面では、強定常磁場によるコラーゲンを用いたグリア芽細胞の配向現象を発見した。さらに、低周波磁場によるラットすい島細胞のインシュリン分泌と遺伝子発現の上昇が認められた。
 

4−2 研究計画、目的外の成果
 強磁場の生体影響評価として、他の外的要因(放射線や化学物質)に対する修飾作用が明確になった。この成果は、将来の生活・労働環境における定常、低周波の強磁場と他の環境要因との複合的曝露の安全性評価について、さらに詳細な研究の必要性を示唆している。一方、農学分野において、一般的に種子は高温・高湿環境での保存により、発芽率は著しく低下する。この種子保存時に低周波強磁場を曝露することで、発芽率はほぼ正常環境保存と同等に回復することを発見した。この成果は、熱帯雨林や将来の地球温暖化による植物種子の発芽能力低下に対して、強磁場の応用により改善できる可能性を示唆するものである。


4−3 研究成果の展望
  本プロジェクトでは、現代社会に急速に増大している強磁場(定常、低周波、および高周波)環境の生体影響評価を中心として行ってきたが、プロジェクトで得られた成果は以下のように学問的インパクトや将来に向けて発展的な展望を有している。
  磁場は電離放射線や紫外線に比べ、生体(細胞)への影響はほとんどないものと考えられてきた。しかし、強磁場環境における細胞応答の科学的解明から、このような考え方は必ずしも正しくないことが証明された。特に他の外的要因との複合曝露による強磁場の影響は、現代から将来にかけての生活環境における安全性の再評価を必要とすることが示唆される。一方、強定常磁場による細胞の配向現象は、人工的血管形成の可能性を秘めている。また、低周波強磁場によるすい島細胞のインシュリン分泌活性化は、移植再生医療における、今後ますます増加する糖尿病治療に有用な手段となりうることを示唆しており、強磁場の医療における応用へと発展することが見込まれる。本プロジェクトは、これまで科学的に不明確であった磁場の生体応答を、定常、低周波ならびに高周波それぞれの強磁場曝露装置を用いて解明してきた。学問分野としても、新たな「電磁場生命科学」という分野の確立に向けて大きく貢献したものと確信する。


4−4 本事業の趣旨に鑑み、果たした役割
 本プロジェクトの大きな目標は、今後急増が予想される生活・労働環境における強磁場の生体影響を科学的に正統に評価することであり、社会的な強い要請に対して、十分応えているものと確信している。プロジェクトリーダーは、これらの成果の一部をWHOのがん研究機関(IARC)において、専門委員として報告し、電磁場影響評価のIARCモノグラフ執筆も担当した。今後、WHOが2008年ごろに予定している高周波を含めた電磁場の総合評価にも、本研究プロジェクトの成果は少なからず貢献できるものと考える。一方、得られた個々の成果の中で、未来開拓につながる重要な知見も含まれている。一つは、このような強磁場曝露が、わが国では、予備軍を含めて2000万人に達する糖尿病の治療や、人工血管の形成など、将来の移植・再生医療へ応用され可能性は、新規産業にも結びつくものと自負している。また、同じようなことが、種子発芽の回復という磁場効果についてもいえる。この知見は、これからの農学分野に、新たな研究領域として磁場の利用を提唱するものである。リスクアセスメントでは、未来社会における強磁場の生体影響については、他の環境要因との複合曝露で、増強的に働く 磁場の修飾効果が発見されており、この点については、環境アセスメントにおけるさらなる安全性評価の必要性を強く提案したい。

5.キーワード

(1)磁場 (2)生体影響 (3)細胞
(4)ショウジョウバエ (5)遺伝毒性 (6)配向
(7)医療応用 (8)遺伝子発現 (9)発芽

6.研究成果発表状況

A.学術雑誌論文(Journal Papers)
全著者名 論文名
Gui-Rong Ding, and Junji Miyakoshi ELF magnetic fields promote H2O2 -induced cell death in HL-60 cells
学術雑誌名 ページ 発行年
International Journal of Radiation Biology ??? ??? ???-??? ???

全著者名 論文名
Shin Koyama, Takehisa Nakahara, Hideki Hirose, Gui-Rong Ding, Yoshio Takashima, Yasuhito Isozumi, and Junji Miyakoshi ELF Electromagnetic fields increase hydrogen peroxide (H2O2)-induced mutations in pTN89 plasmids
学術雑誌名 ページ 発行年
Mutation Research ??? ??? ???-??? ???

全著者名 論文名
Hideki Hirose, Takehisa Nakahara, Zhang Q.-M., Syuji Yonei, and Junji Miyakoshi Static Magnetic Field with a Strong Magnetic Field Gradient (41.7 T/m) Induces c-Jun Expression in HL-60 Cells
学術雑誌名 ページ 発行年
In Vitro Cellular & Developmental Biology-Animal ??? ??? ???-??? ???

全著者名 論文名
Tomonori Sakurai, Akira Satake, Shoichiro Sumi, Kazutomo Inoue, and Junji Miyakoshi An extremely low frequency magnetic field attenuated insulin secretion from the insulinoma cell line, RIN-m
学術雑誌名 ページ 発行年
Bioelectromagnetics 25 ??? 160-166 2004

全著者名 論文名
Yoshio Takashima, Masateru Ikehata, Junji Miyakoshi, and Takao Koana Inhibition of UV-induced G1 arrest by exposure to 50Hz magnetic fields in repair-proficient and -deficient yeast strains
学術雑誌名 ページ 発行年
International Journal of Radiation Biology 79 ??? 919-924 2003

全著者名 論文名
Shin Koyama, Takehisa Nakahara, Kanako Wake, Masao Taki, Yasuhito Isozumi, and Junji Miyakoshi Effects of High Frequency Electromagnetic Fields on Micronucleus Formation in CHO-K1 Cells
学術雑誌名 ページ 発行年
Mutation Research 541 ??? 81-89 2003

全著者名 論文名
Gui-Rong Ding, Takehisa Nakahara, and Junji Miyakoshi Induction of kinetochore-positive and kinetochore-negative micronuclei in CHO cells by ELF magnetic field and/or X-rays
学術雑誌名 ページ 発行年
Mutagenesis 18 ??? 439-443 2003

全著者名 論文名
Zhang Q.-M., Makio Tokiwa, Takashi Doi, Takehisa Nakahara, Chang P.-W, Nobuya Nakamura, Masaki Hori, Junji Miyakoshi, and Syuji Yonei Strong static magnetic field induces mutations through elevated production of reactive oxygen species in Escherichia coli soxR
学術雑誌名 ページ 発表年
International Journal of Radiation Biology 79 ??? 281-286 2003

全著者名 論文名
Masakazu Iwasaka, Junji Miyakoshi, and Shoogo Ueno Magnetic field effects on assembly pattern of smooth muscle cells
学術雑誌名 ページ 発表年
In Vitro Cellular and Developmental Biology-Animal 39 ??? 120-123 2003

全著者名 論文名
Masateru Ikehata, Masakazu Iwasaka, Junji Miyakoshi, Shoogo Ueno, and Takao Koana Effects of intense magnetic fields on sedimentation pattern and gene expression profile in budding yeast
学術雑誌名 ページ 発表年
Journal of Applied Physics 93 ??? 6724-6726 2003
 
全著者名 論文名
Hideki Hirose, Takehisa Nakahara, and Junji Miyakoshi Orientation of human glioblastoma cells embedded in type I collagen, caused by exposure to a 10 T static magnetic field
学術雑誌名 ページ 発表年
Neuroscience Letters 338 ??? 88-90 2003

全著者名 論文名
Fu-Rong Tian, Takehisa Nakahara, Masami Yoshida, Naoko Honda, Hideki Hirose, and Junji Miyakoshi Exposure to Frequency Magnetic Fields Suppresses X-Ray-Induced Apoptosis Transiently in Ku80-Deficient xrs5 Cells
学術雑誌名 ページ 発表年
Biochemical and Biophysical Research Communications 292 ??? 355-261 2002

全著者名 論文名
Junji Miyakoshi, Masami Yoshida, Yoshiaki Tarusawa, Toshio Nojima, Kanako Wake, and Masao Taki Effects of High-Frequency Electromagnetic Fields on DNA Strand Breaks Using Comet Assay Method
学術雑誌名 ページ 発表年
Electrical Engineering in Japan 141 ??? 9-15 2002

全著者名 論文名
Fu-Rong Tian, Takehisa Nakahara,Kanako Wake, Masao Taki, and Junji Miyakoshi Exposure to 2.45GHz electromagnetic fields induces hsp70 at a high SAR of more than 20 W/kg, but not at a lower SAR of 5W/kg, in human glioma MO54 cells
学術雑誌名 ページ 発表年
International Journal of Radiation Biology 78 ??? 433-440 2002

全著者名 論文名
Takehisa Nakahara, Hiroko Yaguchi, Masami Yoshida, and Junji Miyakosh Effects of Exposure of CHO-K1 Cells to a 10 T Static Magnetic Field
学術雑誌名 ページ 発表年
Radiology 224 ??? 817-822 2002

全著者名 論文名
Guig-Rong Ding, Takehisa Nakahara, and Junji Miyakoshi Exposure to power frequency magnetic fields and X-rays induces GAP-43 gene expression in human glioma MO54 cells
学術雑誌名 ページ 発表年
Bioelectromagnetics 23 ??? 586-591 2002

全著者名 論文名
Guig-Rong Ding, Takehisa Nakahara, Fu-Rong Tian, Yao Guo, and Junji Miyakoshi Transient suppression of X-ray-induced apoptosis by exposure to power frequency magnetic fields in MCF-7 cells
学術雑誌名 ページ 発表年
Biochemical and Biophysical Research Communications 286 ??? 953-957 2001

全著者名 論文名
Koichi Takimoto, Hiroko Yaguchi, and Junji Miyakoshi Extremely low frequency magnetic fields suppress the reduction of germination rate of Arabidopsis thaliana seeds kept under the conditions of saturated humidity
学術雑誌名 ページ 発表年
Bioscience, Biotechnology and Biochemistry 65 ??? 2552-2554 2001

全著者名 論文名
Masateru Ikehata, Yoshio Takashima, Yuji Suzuki, Hidesuke shimizu, Junji Miyakoshi, and Takao Koana Exposure to a power frequency magnetic field (50 Hz, 40 mT) did not cause point mutation in bacteria
学術雑誌名 ページ 発表年
Environment Mutagen Research 23 ??? 215-222 2001

全著者名 論文名
Masakazu Iwasaka, Junji Miyakoshi, and Shoogo Ueno Magnetophoresis of diamagnetic cells and microorganisms in a culture medium
学術雑誌名 ページ 発表年
IEEE Transactions on Magnetics 37 ??? 2644-2646 2001

全著者名 論文名
Masakazu Iwasaka, Junji Miyakoshi, and Shoogo Ueno Optical absorbance of hemoglobin and red blood cell suspensions under magnetic fields
学術雑誌名 ページ 発表年
IEEE Transactions on Magnetics 37 ??? 2906-2908 2001

全著者名 論文名
Takao Koana, Mikie O. Okada, Yoshio Takashima, Masateru Ikehata, and Junji Miyakoshi Involvement of eddy currents in the mutagenicity of ELF magnetic fields in Drosophila melanogaster
学術雑誌名 ページ 発表年
Mutation Research 476 ??? 55-62 2001

全著者名 論文名
Masaaki Miyamoto, A.N. Balamurugan, Yuka Nozawa, Tomonori Sakurai, Baoyou Xu, Shigehiro Yoshimura, Tsuneo Tanaka, Toshihiro Tohyama, Junji Miyakoshi, and Kazutomo Inoue Development of a cryopreservation procedure employing a freezer bag for pancreatic islets using a newly developed cryoprotectant
学術雑誌名 ページ 発表年
Cell Transplantation 10 ??? 363-371 2001

全著者名 論文名
Gui-Rong Ding, Kanako Wake, Masao Taki, and Junji Miyakoshi Increase in hypoxanthine-guanine phosphoribosyl transferase gene mutations by exposure to electric field
学術雑誌名 ページ 発表年
Life Sciences 68 ??? 1041-1046 2001

全著者名 論文名
宮越 順二、吉田 雅美、垂澤 芳明、野島 俊雄、和氣 加奈子、多氣 昌生 コメットアッセイ法を用いた高周波電磁界曝露によるDNA損傷解析
学術雑誌名 ページ 発表年
電気学会誌 121-A ??? 1093-1098 2001

全著者名 論文名
Junji Miyakoshi, Masami Yoshida, Yosiaki Tarusawa, Toshio Nojima, Kanako Wake, and Masao Taki Effects of high frequency electromagnetic fields on DNA damage using the Comet assay method
学術雑誌名 ページ 発表年
The Transactions of The Institute of Electrical Engineers of Japan Transactions on Fundamentals and Materials 121 ??? 1093-1098 2001

全著者名 論文名
吉田 雅美、松木 英敏、宮越 順二 マウスリンフォーマアッセイによる極低周波変動磁場の突然変異ならびに染色体異常誘発能の検索
学術雑誌名 ページ 発表年
電気学会誌 121-A巻 ??? 1099-1103 2001

全著者名 論文名
Masami Yoshida, Hidetoshi Matsuki, and Junji Miyakoshi Effect of extremely low frequency magnetic field on point mutations and chromosomal aberration using mouse lymphoma assay
学術雑誌名 ページ 発表年
The Transactions of The Institute of Electrical Engineers of Japan Transactions on Fundamentals and Materials 121 ??? 1099-1103 2001

全著者名 論文名
Hiroko Yaguchi, Masami Yoshida, Gui-Rong Ding, Kazushige Shingu, and Junji Miyakoshi Increased chromatid-type chromosomal aberrations in mouse m5S cells exposed to power-line frequency magnetic fields 
学術雑誌名 ページ 発表年
International Journal of Radiation Biology 76 ??? 1677-1684 2000

全著者名 論文名
Junji Miyakoshi, Masami Yoshida, Keiko Shibuya, and Masahiro Hiraoka Exposure to strong magnetic fields at power frequency potentiates X-ray-induced DNA starnd breaks
学術雑誌名 ページ 発表年
Journal of Radiation Research 41 ??? 293-302 2000

全著者名 論文名
Gui-Rong Ding, Hiroko Yaguchi, Masami Yoshida, and Junji Miyakoshi Increase in X-ray-induced mutations by exposure to magnetic field (60 Hz, 5 mT) in NF-κB-inhibited cells
学術雑誌名 ページ 発表年
Biochemical and Biophysical Research Communications 276 ??? 238-243 2000

全著者名 論文名
Junji Miyakoshi, Masami Yoshida, Hiroko Yaguchi, and Gui-Rong Ding Exposure to extremely low frequency magnetic fields suppresses X-ray-induced transformation in mouse C3H10T1/2 cells
学術雑誌名 ページ 発表年
Biochemical and Biophysical Research Communications 271 ??? 323-327 2000

全著者名 論文名
Junji Miyakoshi, Yukihiro Mori, Hiroko Yaguchi, Guirong Ding, and Akira Fujimori Suppression of heat-induced HSP-70 by simultaneous exposure to 50 mT magnetic field
学術雑誌名 ページ 発表年
Life Sciences 66 ??? 1187-1196 2000

全著者名 論文名
高島 良生、岡田 美紀江、池畑 政輝、小穴 孝夫、宮越 順二 定常磁場の変異原性との関係
学術雑誌名 ページ 発表年
日本生体磁気学会誌 13巻 ??? 27-32 2000

全著者名 論文名
Yoshio Takashima, Mikie Okada, Masateru Ikehata, Takao Koana, and Junji Miyakoshi Mutagenic effects of static magnetic fields on DNA repair defective mutants in Drosophila melanogaster
学術雑誌名 ページ 発表年
The Journal of Japan Biomagnetism and Biomagnetics Society 13 ??? 27-32 2000

全著者名 論文名
Hiroko Yaguchi, Masami Yoshida, Yosuke Ejima, and Junji Miyakoshi Effect of high-density extremely low frequency magnetic field on sister chromatid exchanges in mouse m5S cells
学術雑誌名 ページ 発表年
Mutaion Research 440 ??? 189-194 1999

B.国際会議発表論文(International Conferences)
全著者名 論文名
Yoshida M, Nakahara T, Tian F, Honda N, Wake K, Taki M, and Miyakoshi J Effect of High-frequency Electromagnetic Fields on Cell Growth, Mutations and DNA Strand Breaks
会議名 開催場所 論文番号 ページ 発表年
TML Annual Report Supplement II 7-9 ??? 257-261 2001

全著者名 論文名
Nakahara T, Yoshida M, Tian F, Honda N, and Miyakoshi J Influence of strong static magnetic fields (10 T) in cultured mammalian cells
会議名 開催場所 論文番号 ページ 発表年
TML Annual Report Supplement II 7-9 ??? 102-105 2001

全著者名 論文名
Takehisa Nakahara, Hiroko Yaguchi, Gui-Rong Ding, Masami Yoshida, and Junji Miyakoshi A newly designed experimental system for exposure of mammalian cells to static magnetic fields
会議名 開催場所 論文番号 ページ 発表年
International Symposium on New Magneto-Science ??? ??? 54-59 2000

全著者名 論文名
Masami Yoshida, Takehisa Nakahara, Gui-Rong Ding, Hiroko Yaguchi, and Junji Miyakoshi Effect of power frequency magnetic field on chromosomal aberrations and point mutations in mouse lymphoma cells
会議名 開催場所 論文番号 ページ 発表年
International Symposium on New Magneto-Science ??? ??? 216-221 2000

全著者名 論文名
Hiroko Yaguchi, Takehisa Nakahara, Gui-Rong Ding, Masami Yoshida, and Junji Miyakoshi Effects of 10 T Static Magnetic Field on Micronucleus Formation
会議名 開催場所 論文番号 ページ 発表年
International Symposium on New Magneto-Science ??? ??? 72-77 2000

全著者名 論文名
Gui-Rong Ding, Hiroko Yaguchi, Takehisa Nakahara, Masami Yoshida, and Junji Miyakoshi Effects of exposure to magnetic field (60 Hz, 5 mT) and/or X-rays on GAP-43 gene expression in human glioma MO54 cells
会議名 開催場所 論文番号 ページ 発表年
International Symposium on New Magneto-Science ??? ??? 222-227 2000

全著者名 論文名
Junji Miyakoshi, and Hiraku Takebe Cellular and molecular effects of high-density extremely low frequency electromagnetic fields
会議名 開催場所 論文番号 ページ 発表年
In "The Proceedings of the 11th International Congress of Radiation Research" (M. Moriarfy, C. Mothersill, C. Seymour, M. Edington, J.F. Ward, R. J. M. Fry, eds.) ??? ??? 236-239 2000

C.著書(Books)
全著者名 書名
宮越順二 低周波電磁界と細胞、「生体と電磁界」(上野照剛、重光司、岩坂正和 編集)
出版者名 出版場所 ISBN番号 ページ 発行年
学会出版センター 東京 ??? 37-50 2003

全著者名 書名
Junji Miyakoshi Low frequency electromagnetic fields and cells. Shogoo Ueno, Tsukasa Shigemitsu, Masakazu Iwasaka Ed. The life and electromagnetic fields
出版者名 出版場所 ISBN番号 ページ 発行年
Japan Scientific Societies Press Tokyo Japan ??? 37-50 2003

D.特許等取得状況
特許等名称 発明者名
植物の種子の保存時における発芽率の低下を抑制する方法 宮越順二
権利者名 種類 出願番号 出願年月日 設定登録年月日
京都大学総長 ??? 特願2003-425720 ??? ???


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