Study on tissue specific biological effectiveness of carbon-ion beam

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K16437
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 八木 雅史 大阪大学, 医学系研究科, 寄附講座助教 (40737491)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 粒子線治療 / 炭素線生物学的効果 / 医学物理（学）

Outline of Annual Research Achievements

炭素線治療では炭素線の体内線量分布を見積もるためにX線に対する生物学的効果を加味した線量分布計算が行われる。しかし、炭素線の生物学的効果は腫瘍の種類によって異なることが示唆されている。本研究により炭素線の生物学的効果の腫瘍・組織特異性の基礎データを取得し、これまでに十分に明らかにされていない炭素線の生物学的効果の細胞種依存性を解明し、細胞種に応じた生物学的効果を考慮した炭素線線量計算に展開するための基盤となる研究を行う。本研究成果によって炭素線線量計算の不確さの減少に伴う、腫瘍制御率の向上や正常組織への副作用の低減、X線と炭素線の生物線量の正確な関連付けが可能となると期待される。
本研究計画では以下の研究項目を予定している。
①炭素線による細胞照射系の確立
②炭素線の生物学的効果の腫瘍細胞および正常組織細胞を用いた細胞種依存性の解明
③各種細胞に対する炭素線の生物学的効果の決定
令和２年度はこれまで得られていた4種類の肉腫系細胞と3種類の正常細胞の生物学的効果を論文にまとめた（投稿準備完了）。肉腫系細胞に対して炭素線の生物学的効果は概ね2程度で炭素線治療の生物効果の基準となっているヒト唾液腺癌細胞と同程度であった。しかし本研究で調べた肉腫系細胞内では生物学的効果が最大32%異なっていた。一方、本研究で調べた正常組織内では組織の種類によって生物学的効果が最大30%程度異なっていることが分かった。これらの結果から炭素線の生物学的効果の細胞種依存性が無視できない程度に大きく、腫瘍細胞と正常細胞で生物学的効果が大きく異なることが確認できた。従って炭素線治療による生物学的効果は正常組織と腫瘍組織と分けて評価するべきであり、炭素線治療計画においてもそれぞれの組織毎に線量を最適化する必要があると考える。