分離から薬剤合成までのシームレスな64Cuの高速分離精製プラットホームの開発
| Project/Area Number |
17K19137
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| Research Category |
Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Research Field |
Inorganic/Coordination chemistry, Analytical chemistry, and related fields
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| Research Institution | Kochi University |
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Principal Investigator |
森 勝伸 高知大学, 教育研究部総合科学系複合領域科学部門, 教授 (70400786)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大平 慎一 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 准教授 (60547826)
須郷 由美 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 放射線生物応用研究部, 上席研究員(定常) (90354836)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2018)
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| Budget Amount *help |
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2017: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
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| Keywords | 放射性同位体 / 分離精製 / 電気化学 / 電気泳動 / 放射線医療 / 分離 / 精製 / バイオ関連機器 / 分析化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ポジトロン断層撮影法(PET)では，病巣へ誘導する化合物（標識前駆体）に陽電子を放出する放射性同位体（RI）を標識した薬剤が用いられている．近年では，適度な半減期（12.7時間）を有する放射性銅（64Cu）が注目されている。64Cuの使用は，これまでPETで用いられてきた18F（半減期:110分）や11C（半減期: 20分）では困難だった集積に時間を要する抗体などの分子標的薬に標識した薬剤を開発することができる．
しかし，64Cuの製造方法には，64Ni原料への陽子ビームの照射後，64Niの加熱溶解，クロマト分離，塩酸除去のための蒸発乾固などの煩雑な工程が必要とされ，64Cu薬剤が得られるまで長時間を要することが課題であった．
本研究では，放射性薬剤を取り扱うにあたって厳しい時間的制約を解消するため，短時間で高効率なシステムを構築することを目指し，従来法にはなかった電気化学手法とグリーンケミカルなアプローチにより，酸溶離剤と電解電位の差を利用した64Niから64Cuを分離する手法と高純度な標識薬剤を迅速にオンサイト調製する手法を連動させたプラットホームの開発を目指した．
2017年度では，安定同位体の銅とニッケルの混合溶液を電解セルに導入し，Cuを選択的に吸脱着できる電位条件と溶液条件を最適化した。次に電解セルから分離回収されたCuを薬剤合成に有利な液性に変換させるため，イオン抽出装置を用いて強酸から弱酸に変換する条件を探索した。2018年度では，特許出願後，電解セルとイオン抽出装置を用いて放射性同位体の64Cuの分離精製を行い，純度および収率を評価した。2019年度では，最適化条件による64Cu標識薬剤の合成の再現性向上を目指し，実用化の準備を進める。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
Cu(II)イオンからNi(II)イオンを分離するための電解セルは，カラム型フロー電解セル(CFE)を用いた。この実験は，Ni(II)とCu(II)の混合溶液を通液しながら，電源装置により0 ～ -0.8 Vを印加し，Cu(II)を吸着させNi(II)と分離したときの溶出液を採取した．次に酸溶液を通液しながら +0.5～+0.6Vを印加し，CFEからCu(II)を溶離したときの溶出液を採取した．その結果，Ni(II)及びCu(II)を含む試料（安定同位体）をそれぞれCFEに導入し負側に電圧を印加すると，-0.5～-0.8 VにかけてCu(II)をほぼ定量的に電着させることができた．一方，Ni(II)はいずれの条件においても電着されなかった．次に，CFEに吸着したCu(II)を溶離するため，0.1 M 硝酸あるいは塩酸をCFEに通液しながら+0.5～+0.6 Vを印加すると，Cu(II)を溶離することができた．
次に，CFEによって分離された銅イオンの液性変換は，透析膜とイオン交換膜で5層に仕切られた電気透析型イオン抽出装置（EID）を用いた。ここでは，EIDの試料流路に銅イオンを含む塩酸溶液を導入すると，5 Vの印加で10 mM 酢酸を通液している陽イオンアクセプター（CA）に約90%のCu(II)を抽出することができた．
この成果を基に，量研にて放射性同位体のNi-57及びCu-64を酸溶解した溶液をCFEに導入しながら-0.6 V印加したところ，Cu-64を吸着することでNi-57から分離できた。その後，印加電圧を+0.6 Vに切り替えるとCu-64が選択的に回収できた．次に，Cu-64を含む試料溶液を15 V印加しながらEIDに導入すると，10 mM 酢酸を通液したCAにCu-64が抽出されることを明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究が開発しようとする手法は，64Cuの分離精製において加熱溶解，カラム分離，標識反応での液性変換等の煩雑な方法を，加熱を一切行わず，分離精製に試薬を用いず，電気のみで高速・高収率な64Cuの分離精製ができる．すなわち，本法は電解セルにおいて電解電位を制御することで高い純度の状態で64Cuを溶解することができ，さらに溶解したすべての64Cuを定量的にイオン抽出装置内に弱酸性のイオンとして移動できる。そのため，最終的に溶出される銅イオンは，薬剤合成がスムーズにできる状態で得られる．また，本研究がもたらす手技の容易さと劇的な分離速度の向上は，特許取得や国際学術雑誌への掲載を通して核医学分野への影響力が極めて大きいものとなる．さらに，企業が装置化・販売できれば，64Cu薬剤の臨床応用への展開が加速されることが期待できる．したがって，本研究を実施する意義は非常に深く，上述のように，予想以上に研究開発が進行している。
従って，今後は，Niマトリックスからトレーサーレベルの64CuをELによって分離し，さらに強酸で溶離された64CuをEIDによって弱酸に液性置換する方法として向上させるため，上述した方法による64Cuの回収率の改善，電解セルとイオン抽出装置を連結させたときの64Cuの回収効率の評価、PCT出願を通じた企業との実用化に向けた準備、及び外部への発信（論文、学会発表、誌上発表等）を積極的に進める。
従って，今後は，Niマトリックスからトレーサーレベルの64CuをELによって分離し，さらに強酸で溶離された64CuをEIDによって弱酸に液性置換する方法として向上させるため，上述した方法による64Cuの回収率の改善，電解セルとイオン抽出装置を連結させたときの64Cuの回収効率の評価、PCT出願を通じた企業との実用化に向けた準備、及び外部への発信を積極的に進める。
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Report
(2 results)
Research Products
(48 results)
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[Journal Article] Radiocesium dynamics in the aquatic ecosystem of Lake Onuma on Mt. Akagi following the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant accident2018
Author(s)
Kyuma Suzuki, Shun Watanabe, Yumi Yuasa, Yasunori Yamashita, Hajime Arai, Hideki Tanaka, Toshihiro Kuge, Masanobu Mori, Kin-ichi Tsunoda, Seiichi Nohara, Yuichi Iwasaki, Yoshitaka Minai, Yukiko Okada, Seiya Nagao
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Journal Title
Science of The Total Environment
Volume: 622-623
Pages: 1153-1164
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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