2022 Fiscal Year Research-status Report

Clarification of the mechanism of proton boron capture therapy

Research Project

Project/Area Number	20K08087
Research Institution	Nagoya City University
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)
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)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords	陽子線治療
Outline of Annual Research Achievements	放射線治療の治療効果を高めるには高い線エネルギー付与をもつ粒子を用いればよい。放射線抵抗性腫瘍に対する陽子線の治療効果向上を目指して、ホウ素11と陽子の核反応で生じるα粒子を用いたホウ素陽子捕捉療法（PBCT）が提案された。しかしその作用機序は未だ明らかでない。本研究では陽子ホウ素反応から放出される核破砕粒子を調べ、PBCTの物理モデルを明らかにすることを目的とする。陽子ホウ素反応検出実験を行うため、本年度はホウ素薄膜標的を製作した。名古屋市立大学芸術工学部にあるRFマグネトロンスパッタ装置（CHI-VAC research and development Co. Ltd）を用いてホウ素薄膜を製作した。ホウ素の電気伝導度は極めて小さく、通常の条件ではプラズマを生成できなかった。そこでOksとNikolaevの論文 (Oks E, Rev Sci Instrum 2017, Nikolaev AG, J Phys Conf Ser 2022) をもとに条件を調整し、ホウ素プラズマの生成に成功した。接触型膜厚計で製作したホウ素膜の膜厚を測定し、成膜速度を求めた結果、出力150 Wで30 nm/hであった．得られた条件下で厚さ7.5 umのポリイミドフィルム上に厚さ0.18 umのホウ素を成膜することに成功した．製作した薄膜の剥離は見られなかったが、ポリイミドフィルムの一部に欠損を認めた。これはフィルムが成膜時の高温に曝されたことが原因であろう。また薄膜を大気中で一週間程度放置したところ、白く変色することを認めた。白色は酸化ホウ素が原因とみられることから、薄膜をできる限り真空中で保管をすべきことが分かった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 二つの原因により研究の進捗が遅滞した。その理由の一つが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である。二つ目の理由が2022年4月に陽子線がん治療の保険収載範囲の拡大に伴い、所属施設の陽子線治療患者数が急激に増加(前年比34%増）したことである。後者の理由により、研究代表者が担当する治療品質管理業務の業務量が増加したことから、研究の進捗が遅滞した。しかし名古屋市立大学共用機器センターおよび芸術工学部教員の協力もあり、陽子ホウ素実験の標的となるホウ素薄膜を無事に製作することができた。
Strategy for Future Research Activity	2023年度はエネルギー3 MeVおよび20 MeVの陽子線をホウ素薄膜標的に照射し、生成された核破砕粒子を原子核乾板で捉え、飛跡の黒化濃度、角度、多重度を測定する。得られたデータとGeant4，PHITSを用いたモンテカルロシミュレーションの結果と比較して、シミュレーションの妥当性について議論する。その後、シミュレーションで細胞スケールの微視的線量付与について計算し、Cirroneらの細胞実験の結果 (Cirrone, Sci Rep 2018) を再現するか確認する。原子核乾板中に記録された飛跡情報の取得では名市大芸術工学部の学生に協力してもらう予定である。原子核乾板の顕微鏡画像を断層画像データと読み出し、記憶媒体上に保存する。その後、画像解析ソフトImageJ上で飛跡情報を目視で測定する。
Causes of Carryover	新型コロナウイルス感染症蔓延防止に伴い施設間の移動が制限されたこと、保険適用範囲の拡大に伴い臨床業務の業務量が増加したことから、ホウ素標的に陽子線を照射する実験を行うまでに至らなかった。2022年度はホウ素標的までは製作できたが、検出器である原子核乳剤は製造できず、必要な薬品の購入を見合わせた。今年度は製作したホウ素標的に陽子線を照射する実験を行う。残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。