タイムラプス観察から迫る陽子線照射後の生体反応動態：最適な分割法開発に向けた検討

• Project/Area Number: 20K16830
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 52040:Radiological sciences-related
• Research Institution: Nagoya City University
• Principal Investigator: 中嶌 晃一朗 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 研究員 (50866176)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 陽子線治療 / FLASH照射 / タイムラプスイメージング / ショウジョウバエ / 線量分割 / 生物学的効果

Outline of Research at the Start

陽子線照射後の生体内細胞応答から組織損傷（もしくは組織回復）に至るまでのプロセスは、X線照射後のそれとは異なる時間経過により実行されている可能性がある。本研究では、培養細胞とショウジョウバエのモデルを用いて、照射後の動態をタイムラプスイメージングにより観察し、そこに分子生物学的解析を加えることでいくつかの評価項目における線種毎の経時的変化を整理し、線種間の違いを比較していく。最終的には陽子線治療独自の最適な線量分割法に対する示唆を与える基礎生物学的データを発信していきたい。

Outline of Annual Research Achievements

当初の本研究の目的は陽子線照射後に生体内で起こる細胞応答、生体反応を経時的に観察し、X線照射後のものと比較することで、陽子線治療独自の最適な線量分割法開発につなげることであった。一方で、自施設において通常の放射線治療で用いられる線量率の数百倍から数千倍高い線量率を用いる超高線量率照射法（いわゆるFLASH照射）と呼ばれる照射法を用いた照射実験を行うための環境が整ったことから、昨年度よりショウジョウバエに対するFLASH照射実験を優先的に行うこととした。
昨年度に引き続き、野生型系統（Oregon-R）の未交尾の成虫雌に対する全身照射実験を試行回数を増やし、照射による影響を産卵数、第一世代子孫（F1)の蛹化率・羽化率、羽化後の単位時間当たり活動量を計測することで評価した。陽子線FLASH照射は線量率>1000Gy/sec以上を用いて、50Gyの単回全身照射を行った。結果的には試行回数を増やしたが、今回の評価項目において、通常線量率陽子線照射とFLASH照射による統計学的に有意な群間差を確認することが出来なかった。
また、三齢幼虫に対する40Gyの全身照射を行い、照射後個体の遺伝子発現レベルの網羅的解析をマイクロアレイを用いて行った。照射後2時間のサンプルを用いて通常線量率陽子線照射とFLASH照射の両群比較を行ったところ、多くの遺伝子発現パターンは似ていたが、いくつかの特定遺伝子において発現量の違いが確認できたため、今後対象遺伝子について追加解析を行っていく。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初の研究計画ではFLASH照射実験を行うことを想定していなかったが、我々の施設にてFLASH照射実験を行う体制が整ったため、予定の研究内容よりも優先してFLASH照射実験を行うこととした。そのため当初予定に対する進捗は遅れているが、追加計画に対しては順調であるため「やや遅れている。」とした。

Strategy for Future Research Activity

自施設でのFLASH照射実験の試行回数に制限があるが、FLASH照射の生物実験が行える施設は世界的にも限られているため、引き続きFLASH照射実験を優先して行っていく予定である。マイクロアレイの結果を基に追加アッセイや追加解析を行い、研究成果の発表を予定している。

Research Products

• [Journal Article] Outcomes of proton therapy for non-small cell lung cancer in patients with interstitial pneumonia (2022)
  • Author(s): Shingo Hashimoto, Hiromitsu Iwata, Yukiko Hattori, Koichiro Nakajima, Kento Nomura, Kensuke Hayashi, Toshiyuki Toshito, Eiko Yamamori, Kenji Akita, Jun-etsu Mizoe, Hiroyuki Ogino, Yuta Shibamoto
  • Journal Title: Radiation Oncology Volume: 17 Issue: 1 Pages: 56-56
  • DOI: 10.1186/s13014-022-02027-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Spot Scanning Proton Therapy for Sinonasal Malignant Tumors. (2021)
  • Author(s): Koichiro Nakajima, Hiromitsu Iwata, Yukiko Hattori, Kento Nomura, Shingo Hashimoto, Toshiyuki Toshito, Kensuke Hayashi, Yo Kuroda, Hideo Fukano, Hiroyuki Ogino, Yuta Shibamoto
  • Journal Title: International journal of particle therapy Volume: 8 Issue: 1 Pages: 189-199
  • DOI: 10.14338/ijpt-d-20-00043.1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Biological effects of passive scattering and spot scanning proton beams at the distal end of the spread-out Bragg peak in single cells and multicell spheroids (2021)
  • Author(s): Nomura Kento、Iwata Hiromitsu、Toshito Toshiyuki、Omachi Chihiro、Nagayoshi Junpei、Nakajima Koichiro、Ogino Hiroyuki、Shibamoto Yuta
  • Journal Title: International Journal of Radiation Biology Volume: 97 Issue: 5 Pages: 695-703
  • DOI: 10.1080/09553002.2021.1889704
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Concurrent Chemo-Proton Therapy Using Adaptive Planning for Unresectable Stage 3 Non-Small Cell Lung Cancer: A Phase 2 Study. (2021)
  • Author(s): Hiromitsu Iwata, Kenji Akita, Yusuke Yamaba, Eiji Kunii, Osamu Takakuwa, Misuzu Yoshihara, Yukiko Hattori, Koichiro Nakajima, Kensuke Hayashi, Toshiyuki Toshito, Hiroyuki Ogino, Yuta Shibamoto
  • Journal Title: International journal of radiation oncology, biology, physics Volume: 109 Issue: 5 Pages: 1359-1367
  • DOI: 10.1016/j.ijrobp.2020.11.035
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Changes in sexual function and serum testosterone levels in patients with prostate cancer after image-guided proton therapy. (2021)
  • Author(s): Yukiko Hattori, Hiromitsu Iwata, Koichiro Nakajima, Kento Nomura, Kensuke Hayashi, Toshiyuki Toshito, Shingo Hashimoto, Yukihiro Umemoto, Jun-Etsu Mizoe, Hiroyuki Ogino, Yuta Shibamoto
  • Journal Title: Journal of radiation research Volume: 62 Issue: 3 Pages: 517-524
  • DOI: 10.1093/jrr/rrab002
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Phase II Study of Image-guided Proton Therapy for Operable or Ablation-treatable Primary Hepatocellular Carcinoma (2021)
  • Author(s): Iwata Hiromitsu、Ogino Hiroyuki、Hattori Yukiko、Nakajima Koichiro、Nomura Kento、Hashimoto Shingo、Hayashi Kensuke、Toshito Toshiyuki、Sasaki Shigeru、Mizoe Jun-etsu、Shibamoto Yuta
  • Journal Title: International Journal of Radiation Oncology*Biology*Physics Volume: 30 Issue: 1 Pages: 360-360
  • DOI: 10.1016/j.ijrobp.2021.03.049
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Patient-Reported Quality of Life Outcomes after Moderately Hypofractionated and Normofractionated Proton Therapy for Localized Prostate Cancer (2021)
  • Author(s): Koichiro Nakajima, Hiromitsu Iwata, Yukiko Hattori, Kento Nomura, Kensuke Hayashi, Toshiyuki Toshito, Yukihiro Umemoto, Shingo Hashimoto, Hiroyuki Ogino, Yuta Shibamoto
  • Journal Title: Cancers Volume: 14 Issue: 3 Pages: 517-517
  • DOI: 10.3390/cancers14030517
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ショウジョウバエを用いた陽子線FLASH照射に関する実験モデルの検討 (2023)
  • Author(s): 中嶌晃一朗、江上涼、冨田淳、粂和彦、岩田宏満、歳藤利行、大町千尋、梅澤真澄、山田雅史、荻野浩幸
  • Organizer: 第23回菅原・大西記念癌治療増感シンポジウム
• [Presentation] Ⅲ期肺がんに対する陽子線治療 -臨床から基礎へ- (2021)
  • Author(s): 中嶌 晃一朗、岩田 宏満、野村 研人、秋田 憲志、荻野 浩幸、芝本 雄太
  • Organizer: 第49回放射線による制癌シンポジウム