Development of production method and fundamental study of utilization for actinium-225 and other nuclides for novel nuclear medicine therapy

• Project/Area Number: 21K17995
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 80040:Quantum beam science-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 稲垣 誠 京都大学, 複合原子力科学研究所, 特定助教 (00898455)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 核医学治療 / RI内用療法 / 同位体製造 / 電子線形加速器 / 医療用RI / フラーレン / アクチニウム225

Outline of Research at the Start

前立腺がん等に対する放射性同位体（RI）内用療法において高い効果が確認されているアクチニウム225は、その重要度の高まりにより供給量の不足が予想されており、国内での製造が求められている。現状、アクチニウム225は海外において多量の核燃料物質（トリウム229）からの分離により製造されているが、その手法は国内では実施困難である。そこで本研究では、電子線形加速器を用いたアクチニウム225の製造を目指し、アクチニウム225や他の医療用RIの製造法を検討し、更にその応用に向けた基礎検討を行う。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、放射性同位体（RI）内用療法において高い効果が確認されているアクチニウム225などの医療用RIの電子線形加速器を用いた製造法を検討し、更に、RI内用療法への応用に向けた基礎検討を行う。
本年度は、以下の事項について実施した。
（１）電子線形加速器によるアクチニウム225製造のスケールアップ：イオン交換樹脂等を用いて精製したラジウム226をターゲットとし、電子線形加速器により高エネルギーの制動放射線を照射することで、アクチニウム225のMBqオーダーの製造を行った。また、製造・精製したアクチニウム225を、誘導結合プラズマ質量分析装置（ICP-MS）等を用いて分析し、含まれる不純物の評価を行った。
（２）RI内用療法への応用に向けた基礎検討としてのRI内包フラーレン生成法の検討：ドラッグデリバリーシステム（DDS）への応用に向け、RIを内包したフラーレンの生成を目指し、不活性ガス雰囲気下でRIを含む試料にレーザーを照射する装置を構築した。構築した装置を用い、複数の圧力条件のアルゴンガス雰囲気下でグラファイトにレーザーを照射し、フラーレンの生成試験を行った。生成物を有機溶媒で抽出し、高速液体クロマトグラフィー（HPLC）を用いて分析することで、フラーレンの生成に成功していることを確認した。また、RIを混合した試料を用い、装置からのRIの漏洩等がなく安全にレーザー照射実験が行えることを確認した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度計画していた研究について、以下のような順調な進展が得られた。
（１）イオン交換樹脂等を用いて精製したラジウム226をターゲットとし、電子線形加速器により高エネルギーの制動放射線を照射することで、アクチニウム225のMBqオーダーの製造を行った。また、製造・精製したアクチニウム225を、ICP-MS等を用いて分析し、含まれる不純物の評価を行った。
（２）DDSへの応用に向け、RIを内包したフラーレンの生成を目指し、不活性ガス雰囲気下でRIを含む試料にレーザーを照射する装置を構築した。構築した装置を用い、複数の圧力条件のアルゴンガス雰囲気下でグラファイトにレーザーを照射し、フラーレンの生成試験を行った。生成物を有機溶媒で抽出し、HPLCを用いて分析することで、フラーレンの生成に成功していることを確認した。また、RIを混合した試料を用い、装置からのRIの漏洩等がなく安全にレーザー照射実験が行えることを確認した。

Strategy for Future Research Activity

次年度は、アクチニウム225の製造に必要なラジウム226の精製手法や、照射ターゲットのラジウムからのアクチニウム225の分離・精製手法の更なる検討を進め、不純物の一層の低減を目指す。また、フラーレンの効率的な生成条件を検討し、RI内包フラーレンの生成を目指した実験を行う。

Research Products

• [Journal Article] Creation of Mo/Tc@C₆₀ and Au@C₆₀ and molecular-dynamics simulations (2021)
  • Author(s): Ohtsuki Tsutomu、Manjanath Aaditya、Ohno Kaoru、Inagaki Makoto、Sekimoto Shun、Kawazoe Yoshiyuki
  • Journal Title: RSC Advances Volume: 11 Issue: 32 Pages: 19666-19672
  • DOI: 10.1039/d0ra10196f
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Demonstration of Ac-225 production on the order of MBq using an electron linear accelerator (2023)
  • Author(s): Takahiro Tadokoro, Mizuho Maeda, Takuma Koiwai, Kento Nishida, Yuichiro Ueno, Yuko Kani, Takahiro Sasaki, Takahiro Watanabe, Hidetoshi Kikunaga, Shigeru kashiwagi, Shun Sekimoto, Makoto Inagaki, Tsutomu Ohtsuki
  • Organizer: TAT 12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] レーザーによる放射性核種内包フラーレンの生成に向けた基礎実験 (2022)
  • Author(s): 稲垣誠、秋山和彦、関本俊、大槻勤
  • Organizer: 日本放射化学会第66回討論会(2022)
• [Presentation] 電子線形加速器を利用した225Acスケールアップ製造及び薬剤標識実験 (2022)
  • Author(s): 前田瑞穂，田所孝広，上野雄一郎，可児祐子，西田賢人，渡辺敬仁，佐々木貴裕，菊永英寿，柏木茂，白崎謙次，吉本光喜，大貫和信，藤井博史, 大槻勤，関本俊，稲垣誠，福谷哲，芝原雄司
  • Organizer: 日本原子力学会 2022年秋の大会
• [Presentation] Production experiments for 225Ac using an electron linear accelerator and radiolabeling tests using the produced alpha emitter (2022)
  • Author(s): M. Maeda, T. Tadokoro, Y. Ueno, K. Nishida, Y. Kani, T. Sasaki, T. Watanabe, H. Kikunaga, S. Kashiwagi, K. Shirasaki, S. Sekimoto, T. Ohtsuki, M. Inagaki, S. Fukutani, Y. Shibahara, M. Yoshimoto, K. Ohnuki, H, Fujii
  • Organizer: EANM2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Experimental study on the production of Ac-225 using an electron linear accelerator (2021)
  • Author(s): Takahiro Tadokoro, Yuichiro Ueno, Yuko Kani, Makiko Shimada, Takahiro Sasaki, Takahiro Watanabe, Hidetoshi Kikunaga, Shigeru Kashiwagi, Makoto Inagaki, Shun Sekimoto, Tsutomu Ohtsuki
  • Organizer: SNMMI 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 電子線形加速器を利用したAc-225製造スケールアップ試験 (1)Ra-226試料作製及び制動放射線照射試験 (2021)
  • Author(s): 田所 孝広、前田 瑞穂、西田 賢人、上野 雄一郎、可児 祐子、渡辺 敬仁、伊藤 雅春、佐々木 貴裕、菊永 英寿、柏木 茂、白崎 謙次、大槻 勤、関本 俊、稲垣 誠
  • Organizer: 日本原子力学会 2021年秋の大会
• [Presentation] 電子線形加速器を利用したAc-225製造スケールアップ試験 (2)Ac-225の分離精製及び定量評価 (2021)
  • Author(s): 前田 瑞穂、 田所 孝広、西田 賢人、上野 雄一郎、可児 祐子、渡辺 敬仁、伊藤 雅春、佐々木 貴裕、菊永 英寿、柏木 茂、白崎 謙次、大槻 勤、関本 俊、稲垣 誠
  • Organizer: 日本原子力学会 2021年秋の大会
• [Presentation] Large-scale production experiment for Ac-225 using an electron linear accelerator (2021)
  • Author(s): M. Maeda, T. Tadokoro, Y. Ueno, K. Nishida, Y. Kani, M. Itoh, T. Sasaki, T. Watanabe, H. Kikunaga, S. Kashiwagi, K. Shirasaki, S. Sekimoto, T. Ohtsuki, M. Inagaki
  • Organizer: EANM'21
  • Int'l Joint Research