2021 Fiscal Year Research-status Report
Fundamental research of magnetic field effects on water radiolysis
| Project/Area Number |
20K16840
|
|---|
| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
坂田 洞察 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, 研究員 (10709562)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 化学種への磁場効果 / 細胞致死 / モンテカルロシミュレーション / Geant4-DNA / パルスラジオリシス |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
放射線照射方向と平行に磁場を印加すると、放射線照射に誘発される細胞致死率が増加する(以下、本現象)。 本現象のメカニズムを明らかにする為に、放射線に誘発され生じた化学種へ与える磁場効果を実験・シミュレーションの両面から検証した。 本研究において、放射線輸送モンテカルロコードGeant4-DNAを用い、放射線に誘発されるDNA損傷をシミュレーションし、細胞の生存率を予測できるシミュレーションプラットフォームの開発をおこなった。このプラットフォームを用い、放射線の受ける磁場効果だけでは、本現象のメカニズムを説明できない事を示した。東京大学原子力専攻の施設共同利用の枠組みを通じて、電子ライナックを用い磁場中でのパルスラジオリシス実験（時間分解能10ナノ秒程度）をおこなった。 チオシアン酸カリウム水溶液や臭化ナトリウム水溶液へ磁場中での電子線照射を行い、非磁場中での測定結果と比べる事で、電子線照射に誘発されて発生したOHラジカルの受ける磁場効果を調べた。本研究によって、磁場によってOHラジカルの生成或いは反応が影響を受けている事を強く示唆する結果を得た。磁場印加時、OHラジカルのG値が非磁場印加時に比べて大きくなる事を示した。また、照射開始から比較的遅い時間(5-15マイクロ秒)でも、反応速度定数が非磁場印加時に比べて高い事が分かった。来年度からは大阪大学産業科学研究所の電子ライナックも用い、より系統だったデータ測定を行い、化学種の磁場効果をモデリングし、本現象の解明を行う。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
前年度までに、放射線に誘発されるDNA損傷をシミュレート、細胞生存率を推定できる放射線生物シミュレーションプラットフォームの開発をおこなった。コロナウィルス拡大に伴い実験実施が大幅に遅延したが、2021年度より実験を行う事ができた。東京大学原子力専攻の電子ライナックを用い、磁場中でのパルスラジオリシス実験（時間分解能10ナノ秒程度）をおこなった。現在までのところ実験時間を十分確保できたとは言い難いが、少なくとも、電子の水分解によって生成されるOHラジカルが磁場の効果を受け反応に変化がある事が確認できた。チオシアン酸カリウム水溶液や臭化ナトリウム水溶液へ磁場中での電子線照射を行い、非磁場中での測定結果と比べる事で、電子線照射に誘発されて発生したOHラジカルの受ける磁場効果を調べた。本研究によって、磁場印加時、OHラジカルのG値が非磁場印加時に比べて大きくなる事を示した。また、照射開始から比較的遅い時間(5-15マイクロ秒)でも、反応速度定数が非磁場印加時に比べて高い事が分かった。 これらの事から、磁場によってOHラジカルの生成或いは反応が影響を受けている事を強く示唆すると言えるが、一部再現性に課題があり、引き続き実験的事実の積み重ねが必要である。また、現在の実験システムでは、OHラジカルがDNA損傷を引き起こすタイムスケールでの実験が困難である事から、より高い時間分解能をもつシステムを用いた実験も必要になる。より系統的なデータを取得し、放射線に誘発される科学種の磁場効果を明らかにできれば、その効果をモデリングし、放射線生物シミュレーションプラットフォームと組み合わせ本現象の解明ができるものと期待する。
|
| Strategy for Future Research Activity |
本年度より、 東京大学原子力専攻の施設共同利用の枠組みを通じ、電子線加速器を用いたパルスラジオリシス実験を行う事ができた。実験により、放射線の水分解によって生じるOHラジカルが磁場から効果を受ける事を示したが、一部再現性に課題が残っている。具体的には、磁気回路の設置精度に実験結果が大きく依存する。この為、磁気回路の設置精度の向上に努める。また、化学種の受ける磁場効果をモデリングするためには、より速い化学種の反応を捉える必要があり、より高い時間分解能を持つシステムでの実験が望まれる。東大原子力での実験と並行し、より高い時間分解能を持つ大阪大学産業科学研究所のパルスラジオリシス測定システムを用い実験を行い、放射線照射直後(数ピコ秒から数10ナノ秒)の反応と数10ナノ秒後から数10マイクロ秒までの広い時間レンジで測定する事で、より系統的なデータを取得する。実験を再現するようにOHラジカルの受ける磁場効果をモデリングし、放射線生物シミュレーションプラットフォームと組み合わせる事で、化学種の受ける磁場効果がどのように細胞の生存率に影響するかを調べ、本現象のメカニズム解明を行う。
|
| Causes of Carryover |
コロナウィルス拡大のため、学会への参加が無くなった為。
来年度は、論文のオープンアクセス費と学会参加費、及び海外の共同研究先に学生を派遣する費用として拠出予定。
|
Research Products
(7 results)
