Space radiation sparks: A biological cascade of cancer

宇宙空間の放射線が直撃していない細胞でもガン化する可能性があることが、実験により明らかになった。オクラホマ州立大学とテキサス大学保健科学センターの研究チームは、放射線被曝による炎症物質が周辺の細胞に連鎖的な悪影響を与える「バイスタンダー効果」を実証した。

深宇宙での放射線被曝がガン発症の主要原因であることは長年知られていた。なかでも銀河宇宙線に含まれる高エネルギー粒子、特に鉄原子核（Fe-56）などの高原子番号高エネルギーイオン（HZEイオン）が最も危険である。火星への3年往復ミッションでは、計算上、宇宙飛行士の細胞の約3％が鉄イオンの直撃を受けると推定されている。一見すると97％の細胞は無傷のように思えるが、問題はその後に起きる。

今回の研究では、血管壁の内側を覆う血管内皮細胞を用いて実験を行った。鉄イオンに直撃された細胞は、NF-κBという転写因子を活性化させ、同時にTNF-αという炎症物質を大量に生成し始める。この炎症物質の一部は、放出元の細胞に戻って炎症シグナルを強化する自己増幅ループを形成し、その期間は最大3日間続く。さらに重要な点として、生成されたTNF-αの多くは周辺の細胞に流出し、直接被曝していない正常な上皮細胞（肺の内側を覆う細胞など）にも影響を与える。多孔質メッシュを通じて物質交換のみが可能な別の細胞グループでも、放射線を受けた細胞から放出されたTNF-αにより、大幅なDNA損傷と抗アポトーシス遺伝子の活性化が引き起こされた。つまり、細胞が腫瘍化を防ぐためのメカニズムが、TNF-αによって無効化されたのである。

この現象は単なる試験管内での反応ではなく、実際の宇宙環境でも起きていることが示唆されている。2021年のスペースX Inspiration4ミッションの宇宙飛行士から採取された血液や組織サンプルを分析したデータからは、全身的なTNF-αの上昇と、同様の抗死亡遺伝子の活性化が検出された。マウス実験では、直撃を受けた細胞の近くにいただけの正常な細胞を移植したところ、その細胞が著しい腫瘍成長を示したことで、バイスタンダー効果がガン化への直接的な経路であることが実証された。

この課題に対しては解決の道が存在する。研究チームは、TNF-α受容体の阻害とNF-κB活性化の遮断により、この有害な生物学的カスケードを中断できることを示した。このような化学的介入と、水壁やポリスチレンなどの水素に富む高度なシールド技術を組み合わせることで、将来の深宇宙ミッションにおけるガン発症の頻度を大幅に削減できる可能性がある。ただし、こうした防護技術が実際に機能することを証明するには、さらなる研究が必要である。

日本の部品・装置メーカーにとって、この研究は宇宙船の放射線防護システムに関わる材料・部品開発に直接的な示唆を与える。単なる物理的なシールド層だけでは不十分であり、生物学的応答を考慮した設計が求められることが明らかになった。水や水素系ポリマーなどの新素材、および放射線防護機能を持つ医療・防護機器の発展が、将来の有人深宇宙ミッションの実現に不可欠となるだろう。

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