2016 Fiscal Year Research-status Report
単色X線照射により無害の原料物質をガン細胞の内部で抗ガン剤に変換する技術の開発
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16K12910
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
小栗 慶之 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (90160829)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
羽倉 尚人 東京都市大学, 工学部, 助教 (00710419)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 浸潤性ガン治療 / 抗ガン剤 / X線吸収端 / X線増感剤 / 単色X線 / 陽子線 / 静電加速器 / 注射針 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
陽子線照射による単色X線発生用の標的として，当初予定していたロジウム（Rh，KX線エネルギー = 20.2 keV）の代わりに，パラジウム（Pd，KX線エネルギー = 21.2 keV）標的を用いて実験を行った．太さ18ゲージの注射針（外径1.25 mm，内径0.82 mm）の内径をドリルで1.1 mmに拡大し，そこに先端を45度にカットした直径1.00 mmのパラジウム棒を挿入し，エポキシ系接着剤で真空封止を施した．ドリル挿入で膨らんだ部分を外側からサンドペーパーで研磨した．これにより，X線窓として機能する針先端付近の壁の厚みを減らし，目的とするPdのKX線の透過率を増大させた．一方，比較用の低エネルギーX線を発生するための標的としては，予定していたルテニウム（Ru，KX線エネルギー = 19.2 keV）の代わりにモリブデン（Mo，KX線エネルギー = 17.4 keV）を利用することとした．
このPd標的を取り付けた注射針にエネルギーが2.5 MeVの陽子線を集束させて入射し，ビーム入射角度及びビーム焦点位置の最適化を行い，X線エネルギースペクトルをCdTe半導体検出器で測定した．定量的なX線収量測定には至らなかったが，PdのKX線の発生を確認できた．一方，注射針の材質であるステンレス鋼の成分（鉄，クロム，ニッケル）のKX線が観測されたが，これらの強度は一次陽子線の集束の度合いや入射角度に大きく依存することが分かった．
並行してモンテカルロシミュレーション計算コードGeant4を用いて，注射針型標的から放出されるX線の強度の角度分布計算を行い，実験結果と定性的に一致する結果を得た．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初は，Mo増感剤のK吸収端ピーク（20.0 keV）に非常に近いエネルギーのX線を発生できるRh標的を用いてガン患部と正常組織への線量に高いコントラストを実現する予定であったが，主に入手可能な金属Rh材料の寸法形状が限定されること等の理由で，当面は代わりにPd標的を用いて実験を行うことに予定を変更した．一方，比較のための低エネルギーX線発生用標的として予定していたRuについても，単体金属の入手が困難であることが判明したため，代わりにMoを利用することとした．Mo増感剤に対するこれらのX線の減弱係数は，それぞれ約68 cm2/g，18 cm2/gであり，これにより，期待できるコントラストは4倍程度にとどまることとなった．
注射針へのビーム入射角度等の最適化を行い，PdのKX線の発生を確認できたが，計算による事前の予測よりも強度が小さく，またその強度も安定しなかったため，定量的なX線収量の測定には至らなかった．また，注射針の材質であるステンレス鋼の成分のKX線は予想よりもやや多く，またその強度が注射針への陽子線の入射条件に大きく依存することから，予定よりも注射針の内壁への衝突による陽子線の損失が大きいことが判明した．
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| Strategy for Future Research Activity |
PdのKX線の強度が予定よりも少ない理由の一つとして，注射針先端側面のX線取り出し部の研磨が未だ十分でなく，予定よりも厚くなっていることが考えられる．この部分の厚みの測定は構造上極めて困難であるので，別の注射針状標的を再度製作する等の方法で対処する．
一方，現在主に注射針内壁への衝突による陽子線の損失が大きいためX線の強度と安定性が十分でないことを考慮し，加速器から注射針先端までの陽子線輸送について計算機シミュレーションも含めてビーム光学的に再検討を行う．これにより注射針先端のPd標的に効率良く陽子線を輸送できる具体的方法を見出す．
以上と並行して，水素負イオン源の改良による一次陽子線強度の増強，具体的な模擬抗がん剤前駆物質の選定と調整，及びこれらを上記の陽子線励起単色X線で照射して模擬抗がん剤分子を生成する実験の準備を進める．
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