Novel cancer radiation therapy employing monochromatic X-rays and nanoparticles

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H00331
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 28:Nano/micro science and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Tamanoi Fuyuhiko 京都大学, 高等研究院, 特定教授 (10802283)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 齋藤 寛之 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 関西光科学研究所 放射光科学研究センター, グループリーダー (20373243)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 高Z元素 / 単色X線 / ナノ粒子 / がんスフェロイド / DNA二重鎖切断

Outline of Final Research Achievements

We have developed a novel type of technology that enables the release of electrons inside cancer cells. Cancer spheroids that incorporated high Z elements such as Gadolinium were completely destroyed by monochromatic X-ray irradiation. In this study, we synthesized iodine-containing porous organosilica (IPO) nanoparticles and investigated spheroid destruction of IPO-containing cancer spheroids by monochromatic X-ray irradiation. When 33.2 keV of monochromatic-X-ray was irradiated on cancer spheroids that contain IPO, we demonstrated that DNA double-strand breaks and apoptosis are induced resulting in spheroid destruction.

Free Research Field

ナノ医療

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究はがん細胞内で電子を発生させてがんを殺傷する新技術である。これまでAuger電子を用いたがん治療の試みは多数あるが成功していなかった。この原因は高Z元素が細胞質に拡散し、がん殺傷効果が低くなってしまうためである。我々はナノ粒子を用いることでHigh Z元素をスフェロイド内のがん細胞の核の近傍に蓄積させ、33.2 keVの単色X線を照射することでDNA二重鎖切断およびアポトーシスを誘導してがんスフェロイドを完全に破壊することができた。この成果はがん治療、量子物理学、ナノテクノロジーが融合した新学術分野を開拓できる可能性がある。また、新規がん治療法につながり可能性があり、社会的意義は大きい。