2022 Fiscal Year Annual Research Report
Effects of longitudinal magnetic field on biological effectiveness of charged-particle therapy
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20K08123
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
稲庭 拓 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子医科学研究所 物理工学部, グループリーダー (10446536)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松本 謙一郎 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 放射線障害治療研究部, グループリーダー (10297046)
鈴木 雅雄 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学総合研究所 放射線障害治療研究部, 上席研究員 (70281673)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 粒子線治療 / 生物効果 / 外部磁場 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者等は、粒子線照射時に（１）粒子線の進行方向と平行に0.6 T程度の外部磁場を掛けると粒子線の細胞殺傷効果が有意に増強され、（２）粒子線の進行方向と直交する方向に外部磁場を掛けても細胞殺傷効果に変化がない、ことを細胞実験で確認した。本研究では、この現象の機序を、物理的、生物的、化学的な側面から解明するとともに、本現象を用いた新たな粒子線治療法の実現可能性を検討することを目的とする。
物理的な機序解明へのアプローチとして、Geant4-DNAモンテカルロ計算用の計算機を整備し、磁場下での微細な飛跡構造シミュレーションを実施した。0.6 T程度の外部磁場では、粒子線の飛跡構造に大きな変化は起こらないことがわかった。化学的アプローチとして、粒子線照射によって標的内に生じる過酸化水素の生成量が外部磁場の有無によって変化するかを調べる実験を行った。大気下または低酸素条件下の水試料に平行磁場を付加した状態で炭素線を照射し、試料内に生成した過酸化水素を定量した。平行磁場により酸素非依存的な過酸化水素の生成量が減少した。平行磁場により初期活性種の生成密度あるいは反応性に何らかの変化が生じたと考えられる。この結果は原著論文として公表した。生物的アプローチとして、平行磁場による細胞殺傷効果の増強に占める間接効果の寄与を評価する細胞照射実験を実施した。濃度が様々に異なるDMSO（OHラジカルの捕捉剤）溶液中で培養したヒト癌細胞に対して、平行磁場下で炭素線を照射した。平行磁場による細胞殺傷効果の増強現象において、間接効果が支配的な役割を果たしていることが分かった。更に、本現象を利用した新規重粒子線治療の実現可能性を検証するべく、マウスの下肢に移殖した腫瘍に対して平行磁場下で炭素線を照射する実験を実施した。しかし、平行磁場による腫瘍増殖遅延は観測されなかった。
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