2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development and Application of Tabletop Source of Microbeam by Utilizing Laser Driven Dielectric Switch
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17H01071
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
上坂 充 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (30232739)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
池田 時浩 国立研究開発法人理化学研究所, 仁科加速器科学研究センター, 専任研究員 (80301745)
吉田 光宏 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 准教授 (60391710)
山下 真一 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (20511489)
岡 壽崇 東北大学, 高度教養教育・学生支援機構, 助教 (70339745)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 卓上マイクロイオンビーム源 / ガラスキャピラリー / 放射線誘起DNA損傷修復 / DNA損傷修復時間分解分析 / GFP-XRCC1 / γH2AX / DNA化学安定 / Ac225α線がん治療 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
卓上マイクロイオン加速システムのメインのコンポーネントのイオン源、光伝導スイッチの開発を行うと共に加速管のプロトタイプ設計を行った。イオン源では、レーザーイオン源の試験を行い、十分なイオン電流が得られ、また炭素の6価イオンまで生成できることを確認した。光伝導スイッチについてはGaAsのウェハーを用いた光伝導スイッチの試験を行い、耐電圧に関しては15kV以上となり目標値に近い物は製造できたが、繰り返しの使用により絶縁破壊が起こる事が分かった。またイオン加速については新たな同軸導波路型のイオン加速のプロトタイプ設計を行った。今後の課題は、光伝導スイッチの耐久性を上げることとなった。
理化学研究所の既存のペレトロン加速器を用いたガラスキャピラリーマイクロビーム細胞照射実験を行った。その前段階として、密封線源Am241からの線によるDNA照射実験を行い、修復タンパク(XRCC1)の集積の分布を照射前後で比較した。照射時間は30分間で行い、修復タンパクが照射前から高密度で分布していたため照射およびダメージが可視化できるということを確認するために他の色でヒットポイントが見えるような工夫を施した。照射された細胞の白いスポットを損傷箇所として仮定し、画像解析より照射ありの方が10箇所以上多くのスポットが測定された。これにより、培養液内の細胞に照射する際のα線の飛程距離を考慮したセットアップが確かめられた。次の実験は30分毎の細胞を定着し、XRCC1分布の違いを観察・分析する。そのあとはHe2+ガラスキャピラリーマイクロビームを核内で線状にスキャンして、マクロ的なDNA損傷分布の違いを作り、XRCC1の分布の時間変化を観察した。密封Am241での細胞DNA修復タンパク(XRCC1)の集積の分布が得られた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
卓上マイクロイオン加速システムにつき、光伝導電圧スイッチの改良型を設計した。同軸管型プロトタイプ加速管の設計も行った。
近い将来の上記システムでの放射線生物学実験の目標を明確にするべく、理化学研究所の既存ペレトロン加速器にガラスキャピラリーを付加してマイクロビームDNA損傷実験を開始した。理化学研究所にてガラスキャピラリーの製作に成功し、ビーム特性も評価した。細胞照射実験でγH2AX分析でHeLa細胞のDNAの二本鎖切断の存在を確認した
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| Strategy for Future Research Activity |
卓上マイクロイオン加速システムにつき、光伝導スイッチの改良型の実証をすることである。同軸管型プロトタイプ加速管の基本設計を完了する。また加速したイオンを、ガラスキャピラリ―を使ってビーム径を１マイクロ平方メートル程度に絞り細胞に照射することを踏まえ、イオンは10＾3 /秒以上の数を加速させることが必要である。将来的には、加速管の数を増やし、１m 程度で 1MeV/u まで加速させることを目指す。
既存のペレトロン加速器・ガラスキャピラリ―によるマイクロイオンビーム細胞照射実験で次の問題が明らかになった。がん治療の放射線生物学的基礎研究に供されるHeLa細胞が、放射線照射以前に自然要因によるDNAの損傷（BG; Backgound）の数が多く、そこにマイクロイオンビームによってDNA損傷を付加しても、それらに埋もれて良く識別分析ができないことである。そのために、次年度には、BG損傷の少ないRPE（目の網膜）細胞を使うこととした。
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[Presentation] キャピラリー光学系によるレーザーおよびイオンマイクロビームの同時生成2018
Author(s)
池田 時浩, 廣瀬寛士, 佐藤謙太, 浜垣学, 河村俊哉, 松原充芳, 池亀真由佳, 引間宥花, 森光正, 箕輪達哉, 佐藤広海, 金衛国
Organizer
日本物理学会2018年秋季大会
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