近年，三大療法に加えて温熱療法のなど新しい治療法が次々と検討されている．温熱療法はがん細胞が熱刺激に対して脆弱である性質を利用し，非侵襲的治療法として注目されている．しかし，汎用培養器である高分子製ディッシュは熱伝導率が低く，また従来の研究で一般的な雰囲気温度を変化させる方法では，所望の熱刺激を厳密に細胞に付与することが可能とは言い難い．そこで最終年度は，熱刺激を厳密に細胞に付与することが可能なディッシュとデバイスを作製し，細胞の活性に有効な熱刺激条件を系統的に調査することを主たる目的とした実験的研究を行った．
はじめに，所望の熱刺激を細胞に付与するため，熱伝導率が高く生体適合性に優れたTi-6Al-4V ELI合金を用いて金属製ディッシュと，サーモモジュールを利用した熱刺激デバイスを作製した．細胞培養実験を行った結果，金属製ディッシュは高分子製ディッシュと同等の培養性能を有することが明らかになった．また，作製した熱刺激デバイスは従来の方法よりも迅速に熱刺激を付与可能であることを確認した．
つぎに，細胞の熱耐性の違いを調査するため，ヒト乳腺癌由来細胞（MCF7）と正常ヒト皮膚繊維芽細胞（NHDF）に様々な熱刺激を付与し，その影響について系統的な調査を行った．その結果，正常細胞は多数生存するにも関わらず，がん細胞のみが死滅する熱刺激条件が存在することを明らかにした．
さらに，熱刺激を付与された細胞に対してRT-qPCR，代謝の定量，熱ショックタンパク質（HSP）の染色を行った．この結果，熱刺激によってがん細胞はアポトーシスが促進され，代謝効率が悪化する傾向が明らかになった．また，正常細胞はHSPが核に局在化することが明らかになった．このことは，正常細胞ががん細胞より熱刺激に対して強靭である性質を示すものである．
３年間の研究成果により，ディッシュ型の金属製細胞培養器を用いることにより，細胞の成熟化を含め様々な検討を行うことが可能なことが明らかとなった．
Surgery, radiation therapy, chemotherapy, and hyperthermia have all been applied to treat cancer. Cancer hyperthermia is a non-invasive treatment that uses cancer cells' vulnerability to thermal stimuli. It can be technically challenging to study cellular responses to thermal stimuli because polymer tissue culture dishes have low thermal conductivity. They are thus poorly responsive to conventional methods of changing the temperature of the culture environment. The purpose of this year was to investigate the thermal tolerance of various cell types by developing a metallic dish and a compatible thermal stimulus device that can be used to apply regulatable thermal stimuli.
First, it was necessary to develop a thermal stimulus device using a thermo module, and a metallic tissue culture dish. Ti-6Al-4V ELI alloy was chosen for its high thermal conductivity and biocompatibility. This metallic dish displayed equivalent culture performance to that of a polymer dish. In addition, thermal devices can alter thermal stimuli considerably faster than conventional methods.
Second, to precisely identify the critical temperature for hyperthermia, a range of thermal stimuli were applied to Michigan Cancer Foundation-7 cells and normal human dermal fibroblasts. These systematic investigations revealed selective thermal sensitivity in cancer cells.
Finally, RT-qPCR, metabolic assays, and immunofluorescent detection of heat shock proteins (HSP) were conducted. The results indicated that cancer cells subjected to thermal stimuli displayed slowed metabolism and elevated rates of apoptosis. Thermal stimulation of normal cells caused nuclear localization of HSPs. This suggests that normal cells are more resilient to thermal stress than cancer cells.
From the results of three years of the research, it became clear that various studies including cell maturation can be performed by using a metallic cell culture dish.
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