小動物のチェレンコフ光分子イメージングにおけるハイブリッド光検出法の最適化

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K07270
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 古嶋 昭博 熊本大学, 生命資源研究・支援センター, 准教授 (20161903)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野口 和浩 熊本大学, 大学院生命科学研究部(医), 助教 (90578816)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ガンマ線核種 / I-125 / 放射能定量 / 固体シンチレーション / シンチレーションイメージング

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、生体内の深部においてチェレンコフ光を発生させるベータ線放出する放射性分子プローブの検出能力を向上させるために、チェレンコフ光のみの欠点を補完するハイブリッド光イメージング（HLI）の最適化を図り、マウスなどの小動物実験へ応用する技術を開発することである。
まず、小動物生体のHLIでは、投与するガンマ線核種の放射能や摘出した組織や臓器の放射能を正確に測定することが求められる。前年度に得られた本研究に重要な副次的な知見であった、「低エネルギーガンマ線放出核種I-125の放射能定量における試料測定容器材質の影響」について4種類の原理の異なる放射線測定器を用いて実験を行った結果、ガラス容器はプラスチック容器に比べて14～29%放射能を過少評価することが明らかになった。また、I-125の高い放射能で生じる放射線の数え落としを伴う放射能測定における銅フィルターを用いた改善についても新たな知見が得られた。これらの結果はHLIにおけるI-125やその他のガンマ線核種の放射能定量性を向上させる重要な成果と考えられ、今後論文として発表する予定である。
次に、本研究のこれまでの実験結果から、HLIでは物体外で密着した透明シンチレータによりガンマ線を効率良く検出することが最重要課題であることが明らかになっている。さらに固体シンチレータは液体シンチレータに比べて、薄くて放射線検出感度が高く、解像力も改善でき、また取扱いの容易さも優れていることが予想される。本年度の研究期間末に、これまでに入手ができずに研究遂行に支障を来していた、HLIに適当なサイズ（50 mm x 50 mm程度）の2種類の固体有機プラスチックシンチレータと固体結晶シンチレータ(CsI)を国内メーカーから購入できることがわかったために、次年度以降に継続研究としてこれらの固体シンチレータよるHLIの実験を計画する。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

当該年度は、この研究実施計画3年間のうちの最終年度であった。当初の2019年度計画では、物体内の放射性分子プローブの検出において、ベータ線のチェレンコフ光のみの欠点を補完するガンマ線検出を伴うハイブリッド光イメージング（HLI）に対して、ガンマ線を従来の液体シンチレータよりもさらに効率的に検出でき、イメージ解像力の向上が期待できる固体シンチレータを用いた改良と最適化を目指していた。しかし、2020年度後半まで適当な固体シンチレータの入手が困難であったために、当該研究に遅れを生じた。

Strategy for Future Research Activity

本研究の主目的は、従来のベータ線による体内チェレンコフ光検出に同時に放出されるガンマ線による体外シンチレーション（蛍光）を組み合わせて生体内の深部情報を増強するハイブリッド光イメージング（HLI）の最適化技術の開発である。
その目的を達成するためには、従来の液体シンチレータに代わる固体シンチレータの導入が不可欠であったことから、これまでの研究に遅れを生じていた。しかし本年度末(2021年2-3月)に当該研究遂行に適した固体有機プラスチックシンチレータと固体結晶シンチレータ(CsI)を国内メーカーから購入できることがわかったために、次年度の継続研究として、これら2種類の固体シンチレータと従来の液体シンチレータとの特性を比較しながらHLIの実験を当初計画通りに遂行する。
また、低エネルギーガンマ線を出す放射性同位元素（I-125, I-123, Cs-137など）に対する本研究に欠かせない正確な放射能定量測定に伴う問題も含めて実験を円滑に実行したい。

Causes of Carryover

本研究の実施計画の2年度目（2019年度）以降に、チェレンコフ光イメージングを補完するガンマ線シンチレーションによるハイブリッド光イメージング（HLI）の最適化を行うための固体シンチレータの確保が優先的に必須であったが、入手困難であったために研究遂行に遅れを生じた。従って、HLIの実験に必要な高額な放射性同位元素（ほとんどは半減期が比較的短い）を購入する必要がなくなり前年度に未使用額が生じた。さらに当該研究に必要な国内外での情報収集や学会参加が新型コロナウイルスの影響により遂行できなかったために当初予算に残額が生じてしまった。
次年度は、この2020年度までの未使用額の助成金により、先ずはHLIに必須の固体シンチレータの入手を早急に行い、次に実験に適した放射性同位元素および実験器材消耗品を購入して、できるだけ当初計画に沿うように円滑な執行に努めたい。