CdTe-SPECTによる高空間分解能マルチプローブ生体イメージングの開発

• 研究課題/領域番号: 20K16692
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分52040:放射線科学関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 柳下 淳 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 特任助教 (20626676)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: 核医学 / SPECT / 多核種 / 分子イメージング / 生体イメージング / in vivoイメージング / マルチプローブ / センチネルリンパ節 / イメージング / CdTe半導体検出器

研究開始時の研究の概要

シンチレーターで検出する現行の放射線生体イメージングではエネルギー(波長)分解能が低く、in vitroの蛍光イメージングで行われるマルチプローブ・イメージングは困難であり、一般に空間分解能も低いのが現状である。
我々はカドミウム・テルライド(CdTe)半導体検出器を用いることで、高空間分解能および高エネルギー分解能を有する新しいSPECTを開発した。この機器を用いて多核種を用いた場合にそれぞれの核種を明瞭に分離すると同時に定量するイメージング技術を確立する。また、高空間分解能も活かし、マウスを用いてがんのリンパ節微小転移層を検出するためのイメージング方法を検証し確立を目指す。

研究成果の概要

高エネルギー分解能センサーであるCdTe半導体センサーと高空間分解能が得られるコリメータを搭載したSPECT装置を用い、宇宙観測におけるスペクトル解析法を応用した新たな画像化および解析法を考案し実証実験を行った。In vitroの実験では、SPECTで多核種イメージングを可能とする手法であることを実証し、さらに生体イメージングでもこの手法が有用であることを示した。また、センチネルリンパ節への微小リンパ節転移モデルを構築し、腫瘍トレーサーとリンパ流路トレーサーを同時に使用した生体イメージングを行い、700μm大の微小なリンパ節転移巣とリンパ流路を生体イメージングすることができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

放射線を使うことで動物体内における複数の薬剤の分布を詳しく、かつ、高精細に観察できる様にする技術を開発した。この技術は宇宙観測用の半導体センサーや解析技術を応用することで天体観測技術を生体内顕微鏡として応用したものである。これにより、小動物体内における複数の薬剤の分布をリアルタイムで同時に詳しく調べることができる様になった。この技術は医学研究や薬剤開発において役に立つと考えられる。

研究成果

• [国際共同研究] York University(英国)
• [国際共同研究] York University(英国)
• [雑誌論文] Development and Utility of an Imaging System for Internal Dosimetry of Astatine-211 in Mice (2023)
  • 著者名/発表者名: Yagishita Atsushi、Katsuragawa Miho、Takeda Shin’ichiro、Shirakami Yoshifumi、Ooe Kazuhiro、Toyoshima Atsushi、Takahashi Tadayuki、Watabe Tadashi
  • 雑誌名: Bioengineering 巻: 11 号: 1 ページ: 25-25
  • DOI: 10.3390/bioengineering11010025
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dual-radionuclide in vivo imaging of micro-metastasis and lymph tract with submillimetre resolution (2023)
  • 著者名/発表者名: Yagishita Atsushi、Takeda Shin’ichiro、Ohnuki Kazunobu、Katsuragawa Miho、Sampetrean Oltea、Fujii Hirofumi、Takahashi Tadayuki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13 号: 1 ページ: 19464-19464
  • DOI: 10.1038/s41598-023-46907-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CdTe-DSD SPECT-I: An Ultrahigh-Resolution Multi-Isotope Tomographic Imager for Mice (2023)
  • 著者名/発表者名: Takeda Shin’ichiro、Orita Tadashi、Yagishita Atsushi、Katsuragawa Miho、Yabu Goro、Tomaru Ryota、Moriyama Fumiki、Sugawara Hirotaka、Watanabe Shin、Mizuma Hiroshi、Kanayama Yousuke、Ohnuki Kazunobu、Fujii Hirofumi、Furenlid Lars R.、Takahashi Tadayuki
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Radiation and Plasma Medical Sciences 巻: 7 号: 8 ページ: 860-870
  • DOI: 10.1109/trpms.2023.3291756
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 宇宙観測技術の核医学における分子イメージングへの展開 (2023)
  • 著者名/発表者名: 柳下淳、桂川美穂、武田伸一郎、高橋忠幸
  • 雑誌名: Isotope News 巻: 785 ページ: 6-10
• [雑誌論文] 宇宙から核医学へ－宇宙観測技術で生体内を“見る”－ (2023)
  • 著者名/発表者名: 桂川 美穂、武田伸一郎、柳下淳、織田忠、高橋忠幸
  • 雑誌名: 放射線 巻: 48
• [雑誌論文] Simultaneous visualization of multiple radionuclides in vivo (2022)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Yagishita, Hideaki Matsumura, Tadashi Orita, Izumi O. Umeda, et al.,
  • 雑誌名: Nature biomedical engineering 巻: 2022 号: 5 ページ: 640-647
  • DOI: 10.1038/s41551-022-00866-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Pure Tungsten Collimator Manufactured Using 3D Printing Technology for the Evaluation of 211At Radionuclide Therapy (2022)
  • 著者名/発表者名: Fujii, H., Ohnuki, K., Takeda, S. i., Katsuragawa, M., Yagishita, A., Yabu, G., Watanabe, S. & Takahashi, T.
  • 雑誌名: RADIOISOTOPES 巻: 71 ページ: 141-151
  • 査読あり
• [学会発表] 宇宙を見る目で「がん」を捉える - 異分野の壁を超えるイメージング技術 - 核医学イメージングにおける進歩とバイオメディカルでの出口戦略. (2023)
  • 著者名/発表者名: 柳下 淳、武田 伸一郎、桂川 美穂、織田 忠、高橋 忠幸
  • 学会等名: 量子医科学会第3回学術集会,
  • 招待講演
• [学会発表] 宇宙観測技術の 核医学イメージングへの展開. (2023)
  • 著者名/発表者名: 柳下淳, 桂川美穂, 武田伸一郎, , 織田忠, 大貫和信, 藤井博史, 高橋忠幸.
  • 学会等名: 第82回癌学会学術総会
  • 招待講演
• [学会発表] At-211薬物動態イメージング法の開発. (2023)
  • 著者名/発表者名: 柳下淳、桂川美穂、武田伸一郎、大貫和信、高島大輝、藤井博史、高橋忠幸.
  • 学会等名: 第17回日本分子イメージング学会総会・学術集会.
• [学会発表] CdTe-SPECTによる高空間分解能マルチプレクス・イメージング法の実現可能性に関する検討 (2022)
  • 著者名/発表者名: 柳下 淳, 武田伸一郎, 桂川美穂, 大貫和信, 藤井博史, 高橋忠幸.
  • 学会等名: 第16回日本分子イメージング学会総会・学術総会
• [学会発表] Development of a hard X-ray camera for pharmacokinetic study in small animals (2022)
  • 著者名/発表者名: Miho Katsuragawa, Atsushi Yagishita, Shin'ichiro Takeda, Takahiro Minami, Kazunobu Ohnuki, Hirohumi Fujii, Tadayuki Takahashi
  • 学会等名: 13th Congress of the World Federation of Nuclear Medicine and Biology
  • 国際学会
• [学会発表] Ultra-high-resolution multi-isotope tomography with CdTe-DSD SPECT II (2022)
  • 著者名/発表者名: Shin'ichiro Takeda, Tadashi Orita, Miho Katsuragawa, Goro Yabu, Ryota Tomaru, Atsushi Yagishita, Izumi O. Umeda, Tadayuki Takahashi,Shin Watanabe, Fumiki Moriyama, Hirotaka Sugawara, Yousuke Kanayama, Hiroshi Mizuma, Kazunobu Ohnuki, Hirofumi Fujii, Lars R.Furenlid
  • 学会等名: 13th Congress of the World Federation of Nuclear Medicine and Biology
  • 国際学会
• [学会発表] Development of a high-sensitivity CdTe semiconductor imager with a parallel-hole collimator (2022)
  • 著者名/発表者名: Miho Katsuragawa, Atsushi Yagishita, Shin'ichiro Takeda, Takahiro Minami, Kazunobu Ohnuki, Hirohumi Fujii, Tadayuki Takahashi,
  • 学会等名: 9th Conference on New Developments in Photodetection (NDIP20)
  • 国際学会
• [学会発表] Development of an ultra-high-resolution multi-probe CdTe SPECT, (2022)
  • 著者名/発表者名: Shin'ichiro Takeda, Tadashi Orita, Miho Katsuragawa, Goro Yabu, Ryota Tomaru, Atsushi Yagishita, Izumi O. Umeda, Tadayuki Takahashi, Shin Watanabe, Fumiki Moriyama, Hirotaka Sugawara, Yousuke Kanayama, Hiroshi Mizuma, Kazunobu Ohnuki, Hirofumi Fujii, Lars R. Furenlid.
  • 学会等名: 9th Conference on New Developments in Photodetection (NDIP20)
  • 国際学会
• [学会発表] CdTe SPECT を用いた担がんマウス微小リンパ節転移巣およびリンパ流路の２核種イメージング法の検証 (2021)
  • 著者名/発表者名: 柳下 淳, 大貫 和信, 武田 伸一郎, 桂川 美穂, 織田 忠, 梅田 泉, サンペトラ オルテア, 藤井 博史, 高橋 忠幸
  • 学会等名: 第２３回SNNS研究会学術集会
• [備考] 宇宙観測技術で分子イメージングの新技術を開発! -医学生物学研究での応用へ-
  • URL: https://www.ipmu.jp/ja/20220405-CdTe