2021 Fiscal Year Research-status Report
Clarification of the mechanism of proton boron capture therapy
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20K08087
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| Research Institution | Nagoya City University |
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Principal Investigator |
木村 充宏 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 研究員 (90782334)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長縄 直崇 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 特任助教 (60402434)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 陽子線治療 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
放射線抵抗性腫瘍に対する陽子線の治療効果の向上を目的として、ホウ素11と陽子の核反応により生じるα粒子を用いるホウ素陽子捕捉療法（PBCT）が提案されたが、その作用機序は明らかでない。本研究ではPBCTの物理モデルを明らかにすることを目的とする。
本年度は陽子線とホウ素反応から放出されるα粒子を検出し、検出頻度をシミュレーション結果と比較した。超微粒子型原子核乾板と2 mm厚のホウ素標的を積層した検出器を作成し、20 MeVの陽子を照射密度2 x 10^{8} cm^{-2}で照射、現像を行った。飛跡読取装置を用いて断層映像を撮像し、目視により飛跡1 μm当たりの銀粒子数を測定して、αの飛跡を抽出した。αの検出頻度は1陽子あたり8.8 x 10^{-5}であった。一方、核データライブラリTENDL-2019、反応モデルQGSP_BIC_AllHPを用いてGeant4上で本実験条件を再現した結果、α粒子の検出頻度は1陽子あたり6.0 x 10^{-5}となり、同程度であった。
この結果とCirroneらの細胞実験で用いられたホウ素薬剤BSHの濃度からαによる巨視的な物理線量付与を計算した結果、αの物理線量は一次陽子線のO(10^{-7})であり、Cirroneらが報告した生物学的線量の増加率(75±13)%を説明できなかった。この結果からB11(p,α)X反応で生成されたα粒子による巨視的な物理線量付与の効果は、PBCTの作用機序でないことが分かった。
また早稲田大学片岡研、QSTと共同でCirroneらの細胞実験の再現実験を行った。ほぼ条件を再現して実験を行った結果、自然同位体比のBSHを含む細胞と含まない細胞で生存率に大きな差はなく、Cirroneらの実験結果を再現することはできなかった。これらの結果からCirroneらの実験に何らかの不備がある可能性が示唆された。
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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
新型コロナウイルス蔓延防止に伴う外出制限により研究施設間の移動が制限されたことから、当初の研究段階であったホウ素を含む新型原子核乾板の開発が遅れた。そこですでに実績のあるホウ素標的と原子核乾板を組み合わせた検出器を使い、陽子線照射実験を行った。陽子ホウ素反応頻度の評価をおこない、当年度実施目標であった陽子線照射実験による陽子ホウ素反応頻度の物理学的効果を評価した。
また早稲田大学、QSTと共同で自然同位体比のホウ素をもつ薬剤BSHを取り込ませた細胞に陽子線を照射する実験を行い、生物学的効果の検証も同時に行った。これらの結果、PBCTの作用機序の正体について物理学、生物学両面から迫ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの実験でB11(p,α)X反応から放出されるα粒子の物理線量付与がPBCTの作用機序でないことが明らかとなった。しかし実験の構造上、ホウ素標的から出てこられない短飛程の粒子を捉えることはできない。したがってα粒子よりも短い飛程をもつ高LET粒子、例えば反跳原子核などが作用機序である可能性は依然として残っている。これが作用機序となり得るかを調査するには、原子核乳剤層中にホウ素を混ぜた原子核乾板を使って、陽子ホウ素原子核反応近傍を直接観察し、発生頻度を測定する必要がある。
そこで来年度は原子核乳剤層中にホウ素を含む原子核乾板を用いて陽子線実験を行い、反応点近傍を観察して高LET粒子の発生頻度を求め、高LET粒子による物理線量を推定する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染症蔓延防止に伴い参加を予定していた国内国際会議がオンライン開催になり、現地に行く旅費が不要になった。また京都大学複合原子核研究所原子炉で行った熱中性子照射実験でも、受け入れ側から参加人数を最小限にしてほしいとの要望を受けたため、当初参加予定であった共同研究者の同行をキャンセルし、最小人数で実験を行った。これらの理由で旅費や宿泊費が不要になった。
今年度はPBCTの作用機序の可能性が残っている高LET粒子を検出する実験を行うため、ホウ素を含んだ新型原子核乾板を作製する。助成金は原子核乳剤の製作に必要となる硝酸銀と現像薬品の購入に充てる。また乳剤層の断層映像中に記録された高LET粒子の飛跡をすべて抽出するために画像処理システムを構築する。そのためのワークステーションの購入に充てる。
またそれと並行してこれまでに行った実験結果をまとめ、国際論文誌に投稿する。実験結果を多くの研究者に周知するため、助成金は論文発表時のオープンアクセス化に必要な費用として使用する。
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Research Products
(1 results)
