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News Medical 2022年7月31日
ナノ粒子のマクロファージへの有害影響 プリヨム・ボース博士（インド・マドラス大学） 情報源：News Medical Jul 31 2022 Nanoparticles' toxic effects on macrophages By Dr. Priyom Bose, from University of Madras, India https://www.news-medical.net/news/20220731/ Nanoparticles-toxic-effects-on-macrophages.aspx 訳：安間 武 （化学材料問題市民研究会） http://www.ne.jp/asahi/kagaku/pico/index.html 掲載日：2022年8月18日 このページへのリンク： http://www.ne.jp/asahi/kagaku/pico/nano/news/2207031_ News_Medical_Nanoparticles_toxic_effects_on_macrophages.html ナノ粒子は広範囲に使用されているため、毒性学者も科学者も同様に、ナノ粒子の安全性プロファイルをよりよく理解することに関心を持っている。たとえば、マクロファージ（訳注1）に対するナノ粒子の毒性効果については、さらなる研究が必要である。これらの免疫細胞は、ナノ粒子が体内に入った後に最初に遭遇することが多いからである。 ライフ サイエンス誌に発表された最近のある研究では、ナノ粒子との相互作用の後にマクロファージに生じる分子変化とその根底にあるメカニズムについて研究者らが検討している。 背景 ナノ粒子は、少なくとも 1 つの次元が 100 ナノメートル (nm) 未満の工学的粒子又は天然粒子のいずれかである。過去数十年にわたり、ナノテクノロジーは急速に進化し、その後、二酸化チタン、酸化亜鉛、グラフェン、及びより小さな量子ドットなどのナノ粒子の需要が増加した。これらのナノ粒子は、衣料品、食品、化粧品など多くの産業で広く使用されており、サイズが小さく、優れた光学特性を備えている。 複数経路の暴露は、ナノ粒子の広範な適用の結果である。ナノ粒子は、皮膚接触、吸入、摂取、及び静脈内注射によって人体に侵入する可能性がある。沈着後、ナノ粒子は上皮細胞、肺マクロファージ、及びその他のさまざまな種類の細胞によって吸収され、体全体に分布する。 ナノ粒子が体内に入ると、脾臓、肝臓、腎臓などの標的臓器（訳注：ホルモンなどの作用を受ける器官）に蓄積し、心臓や脳に分布する可能性がある。最近の研究では、ほとんどのナノ粒子の 生体外（in vitro） 毒性が報告されており、これらの粒子の安全性プロファイルに取り組む緊急性が高まっている。 免疫系と単核貪食系 (MPS)（訳注2）の両方に属するマクロファージは、侵入するナノ粒子の約 95% を貪食するため、免疫応答の必須メンバーである。ただし、マクロファージは外来ナノ粒子の影響を受けやすく、その結果、組織損傷のプロセスに部分的に関与している。 調査結果 マクロファージ又はマクロファージの標的化によって内在化されたナノ粒子は、機能的損傷の生成と細胞生存率の低下を通じて細胞毒性を誘発する可能性がある。 現在の 生体外（in vitro）マクロファージ モデルでは、主に肺胞マクロファージ、ミクログリア、肝臓マクロファージが考慮されている。 KUP5 及び Hepa1-6 細胞株の文脈では、両方の細胞株で銀 (Ag)、酸化銅 (CuO)、五酸化バナジウム (V2O5)、及び 酸化亜鉛（ZnO） ナノ粒子への暴露後に、重大な細胞毒性が報告されている。 ナノ粒子暴露後のマクロファージの細胞毒性に影響を与える物理化学的要因も評価されている。この目的のために、ナノ粒子のサイズ、形状、電荷、及び表面特性は、取り込みと細胞相互作用に影響を与える可能性がある。 サイズは、ナノ粒子の取り込みにおける重要な要因であると考えられている。一般に、サイズが小さいほど細胞毒性が高くなる。 ナノ粒子にはまた、リングやチューブなどのさまざまな形状があり、球状のナノ粒子は細胞に最も容易に取り込まれる。特に、球状ナノ粒子は細胞毒性が低く、これは、最も毒性の高いナノ粒子は容易に体内に取り込まれるという一般的な信念に反している。 ナノ粒子の表面修飾は、全体的な細胞毒性にも寄与する。たとえば、シリカ コーティングは酸化ガドリニウム ナノ粒子の生体適合性を大幅に改善し、その結果、細胞毒性を低減する。 ナノ粒子媒介毒性効果は、遺伝子損傷、酸化ストレス、及び炎症反応の形で発生する。さらに、マクロファージによる内在化、DNA 損傷、細胞死、活性酸素種 (ROS) （訳注3）及びサイトカイン（訳注4）の産生など、細胞の変化と相互作用に関連する 5 つの重要な側面がある。 細胞内在化は、異物が細胞に取り込まれるプロセスである。したがって、このプロセスは、表面分子の物理的及び化学的特性の影響を受ける。侵入するナノ粒子は、主に食作用を通じてマクロファージによって摂取される。 活性酸素種 (ROS) 生成のメカニズムはナノ粒子によって異なり、ミトコンドリア（訳注5）が ROS 生成の主な供給源である。重要なことに、すべてのナノ粒子が ROS 生成を誘発するわけではなく、大部分の金属ナノ粒子は、フェントン型反応によるヒドロキシル反応の誘発（訳注6）を通じて毒性を生成する。 ナノ粒子がマクロファージに細胞毒性を誘発するメカニズムは、炎症性サイトカインの産生と放出、及びその後の炎症反応であるナノ粒子の古典的な毒性メカニズムに似ている。ナノ粒子はまた、直接接触することによって、又は酸化ストレスや炎症反応を介して DNA 損傷を誘発することがある。 細胞死（訳注7）は最も重大な細胞変化であり、プログラム死、オートファジー、ネクローシス、又は非プログラム死としても知られるアポトーシスの形をとることがある。異なる種類のナノ粒子は、異なる種類の細胞死を誘発する。 結論 本研究では、研究者らは生体外（in vitro）でのマクロファージに対するナノ粒子の毒性効果を要約し、ナノ粒子との相互作用の後に生じる細胞の変化について説明している。まとめると、ナノ粒子によるマクロファージへの毒性は、主にナノ粒子の内在化、炎症反応、酸化ストレス、細胞死、及び DNA 損傷によって示される。 将来的には、研究者は非古典的な毒性メカニズムを調査し、ナノ粒子の生体内マクロファージ毒性をさらに調査する必要がある。 Journal reference: Niu, Y. and Tang, M. (2022) In vitro review of nanoparticles attacking macrophages: Interaction and cell death. Life Sciences. doi:10.1016/j.lfs.2022.120840 訳注1：マクロファージ
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