2021 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of mechanism of ultra-high dose rate cancer therapy - FLASH
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21H02874
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
小平 聡 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学研究所 計測・線量評価部, グループリーダー (00434324)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小川原 亮 京都大学, 化学研究所, 助教 (00807729)
楠本 多聞 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 放射線医学研究所 計測・線量評価部, 研究員 (90825499)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 超高線量率放射線治療 / 放射線化学分解 / ラジカル / 陽子線 / 炭素線 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
超高線量率照射による水溶液中での放射線化学反応を調べるため、量子科学技術研究開発機構の大型サイクロトロン（AVF-930）において陽子線30,60MeV、重粒子線がん治療装置（HIMAC）において炭素線130MeV/nを用いた照射実験を行った。照射線量10～80Gyの条件に対して、照射線量率を0.03～160Gy/sまで変化させ、ヒドロキシルラジカルを捕捉して蛍光を呈するクマリン-3-カルボン酸（C3CA）を用いて水溶液中で生じる7-ヒドロキシ-クマリン-3-カルボン酸（7OH-C3CA）の放射線化学収率の線量率依存性を実測した。陽子線、炭素線共に、線量率の上昇に伴って7OH-C3CAの収率は低下し、おおむね10Gy/s以上で一定となった。収率の最大低下率は65%程度であった。これは7OH-C3CAにおいて酸素が関与する経路が阻害されたものと解釈された。これを確認する他の手法として、C3CA水溶液中の溶存酸素をアルゴンガスにより置換した低酸素条件において、通常線量率（0.03Gy/s程度）で照射した際の7OH-C3CA収率と比較した。この結果、低酸素条件での7OH-C3CA収率は大気条件に比べて35%程度低下しており、高線量率照射によって水溶液中の酸素消費だけでは7OH-C3CA収率低下を説明できないと考えられる。粒子線のスパー間でのラジカル同士の再結合（特にOHラジカル同士の結合による過酸化水素の生成）の可能性が考えられる。そこで、水溶液中に生成する過酸化水素は電気化学検出器を用いて測定する系を立ち上げ、テスト実験した結果、十分な感度で過酸化水素を定量することができた。さらに粒子線に加えて電子線の照射体系を京都大学化学研究所において構築した。今後、電子線や粒子線を用いて、7OH-C3CAや過酸化水素、水和電子等の放射線分解生成物の線量率依存性の測定を進める。
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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
水溶液中で生じる放射線分解生成物の線量率依存性の実測をおおむね進めることができた。導入した電気化学検出器の測定テストを行い良好な試験データを得ている。電子線照射系ではマーカス電離箱と電位計による線量計測システムを構築できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究計画に沿って、水溶液中に生じる放射線分解生成物の線量率依存性やLET依存性の実測を進めるとともに、モンテカルロシミュレーションの実施も並行して進める予定である。一方で、2021年11月26日に発生した量子科学技術研究開発機構の大型サイクロトロン火災事故によって、陽子線照射実験の継続が困難な状況となっている。そこで、共同研究を行っているフランス国立科学センターIPHC研究所が有するサイクロトロンを用いて陽子線の線量率依存性に関する実験を行う方向で調整を進めている。
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