Radiobiological research for clinical application of variable RBE in proton beam therapy

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K08190
• Research Institution: National Cancer Center Japan
• Principal Investigator: 秋元 哲夫 国立研究開発法人国立がん研究センター, 先端医療開発センター, 分野長 (10261851)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 北條 秀博 国立研究開発法人国立がん研究センター, 東病院, 医員 (60638774)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 陽子線治療 / 放射線生物 / 生物効果 / 強度変調陽子線治療

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、これまでのパッシブ照射を用いた陽子線照射の3次元的な空間的位置の影響を基礎にスキャニング照射法およびその発展型であるIMPTに対する細胞応答、特にRBEへの影響とその機序を明らかにし、更に化学療法などの併用による増感効果や細胞応答の修飾などを総合的に解析して、IMPTを含む陽子線治療における可変RBEの生物学的評価と治療計画への応用を図る基礎研究とすることである。最終的にはIMPTの臨床データ（制御・再発、有害事象、など）と生物学的研究で得られたRBEに基づく線量評価との相関を解析することで、陽子線の物理学的な特性に依存している治療計画法や線量分割、併用療法などを陽子線の生物学的特性を加味した治療法開発に発展させて集学的治療における陽子線治療の有効性確立の基礎にすることである。研究初年度は１）スキャニング照射およびIMPTに対するがん細胞の細胞応答の検討　２）薬剤併用による細胞応答の修飾とその機序の解析について、培養細胞を用いて実施した。まずブロードビームにより細胞応答を基準にするため、そのデータを取得し、スキャニング照射およびIMPTによる照射を正確にするための照射条件やボーラスなどの器具作成を実施した。その上で、スキャニング照射およびIMPTとブロードビームによる細胞応答の相違を、細胞生残率を指標に評価した。その結果では、照射部位に関わらず細胞生残率については大きな相違はなかった。研究期間2年目は線量や線量率などを変えて照射実験を実施し、細胞生残率に加えてRBEやLETが線量率に影響を受けて変化することを確認した。研究期間3年目は、臨床データとの相関を検討するため、IMPTで治療された症例の再発部位や有害事象の発現部位などを検討して、線量不均一性やLETの相違を示唆する所見の有無を検討した。現在ここまでのデータを総合的に解析し論文化をしている段階である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

１）スキャニング照射およびIMPTに対するがん細胞の細胞応答の検討　２）薬剤併用による細胞応答の修飾とその機序の解析　３）移植腫瘍を用いた照射実験については研究期間内に完了しているが、臨床データとの相関について当初より時間を要したため、論文化を含めて期間延長を申請した。全体としては遅れがあるものの概ね順調ではありますが、コロナの影響が継続しており、若干の遅れに繋がる結果となりました。

Strategy for Future Research Activity

基礎実験データと臨床データとの相関は本研究の発展に重要な点と考えている。物理計算結果、基礎研究データおよび臨床データの乖離や相違が明らかとなれば、その解析結果の臨床へのフィードバックにより治療計画や治療後の経過観察、再発や有害事象との関連を前向きに評価する研究へと発展可能と考えている。

Causes of Carryover

1）スキャニング照射およびIMPTに対するがん細胞の細胞応答の検討　2）薬剤併用による細胞応答の修飾とその機序の解析　3）移植手術を用いた照射実績を研究期間の3年目で完了する予定であったが、2020年度からのコロナウイルス肺炎の蔓延により研究室の制限と使用休止があった為、新規の研究が開始できない期間があった。全体としては概ね順調ではあるものの、遅れが生じている部分もあるため、次年度に繰り越して引き続き研究を行う。

Research Products

• [Journal Article] Comprehensive screening for drugs that modify radiation-induced immune responses (2022)
  • Author(s): Okumura M, Du J, Kageyama SI, Yamashita R, Hakozaki Y, Motegi A, Hojo H, Nakamura M, Hirano Y, Okuma Y, Okuma HS, Tsuchihara K, Akimoto T
  • Journal Title: Br J Cancer Volume: 126 Pages: 1815-1823
  • DOI: 10.1038/s41416-021-01688-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Impacts of the STING‐IFNAR1‐STAT1‐IRF1 pathway on the cellular immune reaction induced by fractionated irradiation (2022)
  • Author(s): Du Junyan、Kageyama Shun‐Ichiro、Yamashita Riu、Hirata Hidenari、Hakozaki Yumi、Okumura Masayuki、Motegi Atsushi、Hojo Hidehiro、Nakamura Masaki、Hirano Yasuhiro、Sunakawa Hironori、Minamide Tatsunori、Kotani Daisuke、Tanaka Kosuke、Yano Tomonori、Kojima Takashi、Ohashi Akihiro、Tsuchihara Katsuya、Akimoto Tetsuo
  • Journal Title: Cancer Science Volume: 113 Pages: 1352～1361
  • DOI: 10.1111/cas.15297
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparative analysis of the immune responses in cancer cells irradiated with X-ray, proton and carbon-ion beams (2021)
  • Author(s): Du Junyan、Kageyama Shun-Ichiro、Hirata Hidenari、Motegi Atsushi、Nakamura Masaki、Hirano Yasuhiro、Okumura Masayuki、Yamashita Riu、Tsuchihara Katsuya、Hojo Hidehiro、Hirayama Ryoichi、Akimoto Tetsuo
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 585 Pages: 55～60
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.11.004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Evolving Genomic Landscape of Esophageal Squamous Cell Carcinoma Under Chemoradiotherapy (2021)
  • Author(s): Hirata H,Niida A,Kakiuchi N,Uchi R,Sugimachi K,Masuda T,Saito T,Kageyama SI,Motomura Y,Ito S,Yoshitake T,Tsurumaru D,Nishimuta Y,Yokoyama A,Hasegawa T,Chiba K,Shiraishi Y,Du Junyan,Miura F,Morita M,Toh Y,Hirakawa M,Shioyama Y,Ito T,Akimoto T,Miyano S,Shibata T,Mori M,Suzuki Y,Ogawa S,Ishigami K,Mimori K
  • Journal Title: Cancer Research Volume: 81 Pages: 4926～4938
  • DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-21-0653
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Radiation pneumonitis after palliative radiotherapy in cancer patients with interstitial lung disease (2021)
  • Author(s): Okumura Masayuki、Hojo Hidehiro、Nakamura Masaki、Hiyama Takashi、Nakamura Naoki、Zenda Sadamoto、Motegi Atsushi、Hirano Yasuhiro、Kageyama Shun-Ichiro、Parshuram Raturi Vijay、Fujisawa Takeshi、Kuno Hirofumi、Akimoto Tetsuo
  • Journal Title: Radiotherapy and Oncology Volume: 161 Pages: 47～54
  • DOI: 10.1016/j.radonc.2021.05.026
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Proton beam therapy for children and adolescents and young adults (AYAs): JASTRO and JSPHO Guidelines (2021)
  • Author(s): Mizumoto M,Fuji H,Miyachi M,Soejima T,Yamamoto T,Aibe N,Demizu Y,Iwata H,Hashimoto T,Motegi A,Kawamura A,Terashima K,Fukushima T,Nakao T,Takada A,Sumi M,Oshima J,Moriwaki K,Nozaki M,Ishida Y,Kosaka Y,Ae K,Hosono A,Harada H,Ogo E,Akimoto T,Saito T,Fukushima H,Suzuki R,Takahashi M,Matsuo T, et al.
  • Journal Title: Cancer Treatment Reviews Volume: 98 Pages: 102209～102209
  • DOI: 10.1016/j.ctrv.2021.102209
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Recognition and pathological features of periampullary region adenocarcinoma with an indeterminable origin (2021)
  • Author(s): Komine R,Kojima M,Ishi G,Kudo M,Sugimoto M,Kobayashi S,Takahashi S,Konishi M,Kobayashi T,Akimoto T,Murakami A,Sasaki M,Tanaka M,Matsuzaki A,Ohike N,Uchida K,Sugiyama T,Hirabayashi K,Tajiri T,Ishida K,Kai K,Omori Y,Notohara K,Yamaguchi H,Matsuda Y,Naito Y,Fukumura Y,Hamada Y,Mihara Y, et al.
  • Journal Title: Cancer Medicine Volume: 10 Pages: 3499～3510
  • DOI: 10.1002/cam4.3809
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Radial incision and cutting for dilation before endoscopic submucosal dissection in patients with esophageal cancer on the distal side of severe benign esophageal strictures (2021)
  • Author(s): Nakajo Keiichiro、Yoda Yusuke、Kadota Tomohiro、Murano Tatsuro、Shinmura Kensuke、Ikematsu Hiroaki、Akimoto Tetsuo、Yano Tomonori
  • Journal Title: Diseases of the Esophagus Volume: 34 Pages: doaa092～doaa092
  • DOI: 10.1093/dote/doaa092
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Final analysis of a Multicenter Single-Arm Confirmatory Trial of hypofractionated whole breast irradiation after breast-conserving surgery in Japan: JCOG0906 (2021)
  • Author(s): Nozaki Miwako、Kagami Yoshikazu、Machida Ryunosuke、Nakamura Kenichi、Ito Yoshinori、Nishimura Yasumasa、Teshima Teruki、Saito Yoshihiro、Nagata Yasushi、Matsumoto Yasuo、Akimoto Tetsuo、Hiraoka Masahiro、Japan Clinical Oncology Group, Radiation Therapy Study Group
  • Journal Title: Japanese Journal of Clinical Oncology Volume: 51 Pages: 865～872
  • DOI: 10.1093/jjco/hyab024
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparison of a Hybrid IMRT/VMAT technique with non-coplanar VMAT and non-coplanar IMRT for unresectable olfactory neuroblastoma using the RayStation treatment planning system?EUD, NTCP and planning study (2021)
  • Author(s): Raturi Vijay P、Motegi Atsushi、Zenda Sadamoto、Nakamura Naoki、Hojo Hidehiro、Kageyama Shin-Ichiro、Okumura Masayuki、Rachi Toshiya、Ohyoshi Hajime、Tachibana Hidenobu、Motegi Kana、Ariji Takaki、Nakamura Masaki、Hirano Yasuhiro、Hirata Hidenari、Akimoto Tetsuo
  • Journal Title: Journal of Radiation Research Volume: 62 Pages: 540～548
  • DOI: 10.1093/jrr/rrab010
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Endoscopic resection combined with the Cryoballoon focal ablation system in the porcine normal esophagus: a preclinical study (2021)
  • Author(s): Sunakawa Hironori、Yoda Yusuke、Takeshita Nobuyoshi、Hasegawa Hiro、Takashima Kenji、Kadota Tomohiro、Fujita Takeo、Akimoto Tetsuo、Fujii Satoshi、Yano Tomonori
  • Journal Title: BMC Gastroenterology Volume: 21 Pages: 234～234
  • DOI: 10.1186/s12876-021-01819-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multi-Institutional Retrospective Analysis of the Outcomes of Proton Beam Therapy for Patients With 1 to 3 Pulmonary Oligometastases From Various Primary Cancers (2021)
  • Author(s): Aibe Norihiro、Ogino Hiroyuki、Teramukai Satoshi、Yamazaki Hideya、Iwata Hiromitsu、Matsuo Yoshiro、Okimoto Tomoaki、Murakami Masao、Suzuki Motohisa、Arimura Takeshi、Ogino Takashi、Murayama Shigeyuki、Harada Hideyuki、Nakamura Masaki、Akimoto Tetsuo、Sakurai Hideyuki
  • Journal Title: Advances in Radiation Oncology Volume: 6 Pages: 100690～100690
  • DOI: 10.1016/j.adro.2021.100690
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 食道胃接合部癌に対する放射線治療 (2021)
  • Author(s): 秋元哲夫
  • Journal Title: 消化器内科 Volume: 3 Pages: 74-78
• [Presentation] 頭頸部強度変調放射線治療における臓器特異的耐容線量の解明(JCOG1015A1) (2021)
  • Author(s): 稲田正浩、西村恭昌、石川一樹、村上直也、石倉聡、古平毅、伊藤芳紀、土屋和彦、村上祐司、齋藤 淳一、秋元 哲夫、峯村 俊行
  • Organizer: 日本医学放射線学会第34回学術大会(WEB開催)
• [Presentation] Comprehensive screening for drugs that modify radiation-induced immune responses (2021)
  • Author(s): Masayuki Okumura, Junyan Du, Shun-Ichiro Kageyama, Riu Yamashita, Atsushi Motegi, Hidehiro Hojo, Masaki Nakamura, Yasuhiro Hirano, Yusuke Okuma, Hitomi S Okuma, Katsuya Tsuchihara, Akimoto Tetsuo
  • Organizer: ESTRO(ONLINE)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 局所進行頭頸部癌に対する強度変調陽子線治療の可能性 (2021)
  • Author(s): 秋元 哲夫
  • Organizer: 第45回日本頭頚部癌学会(WEB開催),