炭素線におけるFLASH効果の解明

• 研究課題/領域番号: 22K07695
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分52040:放射線科学関連
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 八木 雅史 大阪大学, 大学院医学系研究科, 寄附講座助教 (40737491)
• 研究分担者: 高階 正彰 大阪大学, 大学院医学系研究科, 招へい教員 (10392010) ; 金井 達明 大阪大学, 大学院医学系研究科, 招へい教授 (80161149) ; 皆巳 和賢 大阪大学, 大学院医学系研究科, 助教 (90634593)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (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); 2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2022年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: FLASH / 超高線量率 / 炭素線治療 / 粒子線治療 / 医学物理（学）

研究開始時の研究の概要

腫瘍の周りにある正常組織への線量限度によって、腫瘍への投与線量を妥協しなければならない症例や炭素線治療を断念せざるを得ない症例がある。正常組織への線量を更に低減させる照射技術の開発が喫緊の課題となっている。短時間に大線量を照射する超高線量率照射場ではFLASH効果が起こり正常組織への障害が減らせる。電子線などではFLASH効果が確認されているが、炭素線ではFLASH効果が生じるのか明らかになっていない。本研究の目的は、炭素線を用いた超高線量率照射法の確立と炭素線においてFLASH効果が存在するかを確認することである。本研究によりFLASH炭素線治療というこれまでなかった新治療法の開拓に繋がる。

研究実績の概要

本研究の目的は、炭素線を用いた超高線量率照射法の確立と炭素線においてFLASH効果が存在するかを確認することである。本研究では炭素線におけるFLASH効果を評価するための基盤となる研究を行った。研究期間内には以下のことを行った【①炭素線を用いた超高線量率照射装置の開発、②炭素線におけるFLASH効果の確認】。本研究成果に関して国際及び国内学会発表、また学術論文の投稿（査読中）を行った。
令和5年度は照射系に対して昨年度に開発した超高線量率照射モード（monochromatic beamモード）で使用する線量モニタに接続するアンプの改良を行った。これにより超高線量率照射だけでなく通常線量率照射も超高線量率照射モードと同じ体系で行うことが可能となり、より正確な細胞実験に繋がる。また照射野サイズの拡大化に関する研究を行った。照射野の拡大は超高線量率照射を臨床利用へ展開するために必須である。
開発した照射系を用いて細胞照射実験を行った。まず常酸素濃度下での細胞照射実験を行った。次に酸素濃度計、ガスバリア性パウチ袋とガス濃度調節剤からなる低酸素培養キットを用いて、低酸素下での超高線量率炭素線照射系を確立した。得られた細胞実験の結果は現在論文投稿中である。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

研究実施計画通りに進んでいる。

今後の研究の推進方策

研究実施計画通り、炭素線におけるFLASH効果の確認に向けた取り組みを行う。

研究成果

• [雑誌論文] Validation of robust radiobiological optimization algorithms based on the mixed beam model for intensity-modulated carbon-ion therapy (2023)
  • 著者名/発表者名: Yagi Masashi、Tsubouchi Toshiro、Hamatani Noriaki、Takashina Masaaki、Saruwatari Naoto、Minami Kazumasa、Wakisaka Yushi、Fujitaka Shinichiro、Hirayama Shusuke、Nihongi Hideaki、Hasegawa Azusa、Koizumi Masahiko、Shimizu Shinichi、Ogawa Kazuhiko、Kanai Tatsuaki
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 18 号: 7 ページ: e0288545-e0288545
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0288545
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Current status and challenges of studies on FLASH effect using ultra-high dose rate irradiation with particle beam therapy systems (2023)
  • 著者名/発表者名: TAKUTO MIYOSHI, KOJI MATSUDA, TAKUYA NOMURA, HIROYUKI OGINO, HIROMITSU IWATA, TOSHIYUKI TOSHITO, CHIHIRO OMACHI, MASASHI YAGI, SHIN'ICHI SHIMIZU, NORIAKI HAMATANI, TOSHIRO TSUBOUCHI, MASAAKI TAKASHINA, KAZUHIKO OGAWA, TATSUAKI KANAI, MASUMI UMEZAWA
  • 雑誌名: Radiation Biology Research Communications 巻: 58 ページ: 128-149
• [雑誌論文] Ultra-high Dose-rate Carbon-ion Scanning Beam With a Compact Medical Synchrotron Contributing to Further Development of FLASH Irradiation (2023)
  • 著者名/発表者名: YAGI MASASHI、SHIMIZU SHINICHI、MINAMI KAZUMASA、HAMATANI NORIAKI、TSUBOUCHI TOSHIRO、TAKASHINA MASAAKI、UMEZAWA MASUMI、NOMURA TAKUYA、MUKOYOSHI WATARU、NISHIO TEIJI、KOIZUMI MASAHIKO、OGAWA KAZUHIKO、KANAI TATSUAKI
  • 雑誌名: Anticancer Research 巻: 43 号: 2 ページ: 581-589
  • DOI: 10.21873/anticanres.16194
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Development and basic characterization of Ion chamber for ultra-high dose rates (2023)
  • 著者名/発表者名: Mahoro Nakatani, Noriaki Hamatani, Masashi Yagi, Toshiro Tsubouchi, Masaaki Takashina, Shinichi Shimizu, Yoshiaki Kuwana, Masaki Shimizu, Takuya Nomura, Takuto Miyoshi, Takashi Toyoda, Tatsuaki Kanai
  • 学会等名: 第125回日本医学物理学会学術大会
• [学会発表] The effect of Ultra-High Dose-Rate Carbon ion irradiation to cell invasion on breast tumor cells (2023)
  • 著者名/発表者名: K. Oniwa, K. Minami, M. Yagi, S. Shimizu, M. Koizumi, K. Ogawa, T. Kanai
  • 学会等名: 61st Annual PTCOG Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Beam monitors for a compact medical synchrotron based ultra-high dose-rate scanned carbon-ion beam contributing to further development of FLASH irradiation (2023)
  • 著者名/発表者名: M Yagi,2, S Shimizu, N Hamatani, T Tsubouchi, M Takashina, T Nomura, T Miyoshi, M Umezawa, K Ogawa, and T Kanai
  • 学会等名: 61st Annual PTCOG Conference
  • 国際学会
• [学会発表] 超高線量率重粒子線照射の細胞応答 (2023)
  • 著者名/発表者名: 皆巳 和賢、八木 雅史、清水 伸一、永田 夏菜、藤田 和輝、大庭 歌綸、坪内 俊郎、濱谷 紀彰、高階 正彰、金井 達明、小川 和彦、小泉 雅彦
  • 学会等名: 日本放射線腫瘍学会第36回学術大会
• [学会発表] 医療用加速器を用いた超高線量率（FLASH）炭素線スキャニング照射システムの開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 八木雅史、清水伸一 、皆巳和賢、濱谷紀彰、三好拓人、梅澤真澄、野村拓也、豊田高士、坪内俊郎、清水柾貴、桑名良明、高階正彰、小泉雅彦、岡部康夫、小川和彦、金井達明
  • 学会等名: 日本放射線腫瘍学会第36回学術大会
• [学会発表] VALIDATION OF FIELD EXPANSION TOWARD COMPACT MEDICAL SYNCHROTRON-BASED ULTRA-HIGH DOSE-RATE CARBON-ION RADIOTHERAPY (2023)
  • 著者名/発表者名: M. Yagi, S. Shimizu, K. Minami, N. Hamatani, T. Miyoshi, K. Fujita, K Nagata, R Hidani, T. Tsubouchi, T. Nomura, M Shimizu, Y. Kuwana, M. Umezawa, M. Takashina, Y. Okabe, T. Nishio, M. Koizumi, K. Furutani, C. Beltran, K. Ogawa, and T. Kanai
  • 学会等名: FLASH Radiotherapy and Particle Therapy (FRPT) 2023
  • 国際学会
• [学会発表] ULTRA-HIGH DOSE RATE CARBON IRRADIATION IMPACTS “EAT ME” SIGNAL (2023)
  • 著者名/発表者名: S. Katsuki, K. Minami, K. Ohniwa, M. Yagi, S. Shimizu, N. Hamatani, M. Takashina, K. Furutani, C. Beltran, Y. Takahashi, T. Kanai, K. Ogawa, and M. Koizumi
  • 学会等名: FLASH Radiotherapy and Particle Therapy (FRPT) 2023
  • 国際学会
• [学会発表] 超高線量率(FLASH)照射技術 (2023)
  • 著者名/発表者名: 八木雅史
  • 学会等名: 2023年度第2回医療放射線技術研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 炭素線を用いた超高線量率照射とFLASH効果 (2023)
  • 著者名/発表者名: 清水伸一、八木雅史、皆巳和賢、濵谷紀彰、坪内俊郎、三好拓人、野村拓也、豊田高士、清水柾貴、桑名良明、向吉渉、梅澤真澄、高階正彰、岡部康夫、西尾禎治、小泉雅彦、金井達明、藤元治朗、小川和彦
  • 学会等名: 第334回日本医学放射線学会関西地方会
• [学会発表] 超高線量率粒子線照射(uHDR)の開発と生物効果(FLASH) (2023)
  • 著者名/発表者名: 清水伸一
  • 学会等名: 第22回九州放射線治療システム研究会
  • 招待講演
• [学会発表] THE ABILITY OF A COMPACT-TYPE MEDICAL SYNCHROTRON ON ULTRA-HIGH DOSE-RATE SCANNED CARBON-ION BEAM FOR FLASH RESEARCH (2022)
  • 著者名/発表者名: Masashi Yagi, Shinichi Shimizu, Kazumasa Minami, Noriaki Hamatani, Toshiro Tsubouchi, Masaaki Takashina, Masumi Umezawa, Takuya Nomura, Wataru Mukoyoshi, Takuto Miyoshi, Yasuo Okabe, Teiji Nishio, Masahiko Koizumi, Kazuhiko Ogawa, Tatsuaki Kanai
  • 学会等名: 2nd Flash Radiotherapy and Particle Therapy Conference (FRPT 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] BEAM-DELIVERY TUNING OF HITACHI’S SYNCHROTRON-BASED SCANNING-TREATMENT SYSTEMS FOR PROTON/CARBON-ION ULTRA-HIGH-DOSE RATE (FLASH) IRRADIATION (2022)
  • 著者名/発表者名: T. Miyoshi, T. Nomura, K. Matsuda, H. Ogino, H. Iwata, T. Toshito, C. Omachi, M. Yagi, S. Shimizu, N. Hamatani, T. Tsubouchi, M. Takashina, K. Ogawa, T. Kanai, M. Umezawa
  • 学会等名: 2nd Flash Radiotherapy and Particle Therapy Conference (FRPT 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Comparison of Cellular Damage Responses between Tumor and Normal cell lines in ultra-High Dose Rate irradiation on Carbon ion beam (2022)
  • 著者名/発表者名: K. Minami, M. Yagi, S. Shimizu, W. Takenaka, N. Saruwatari, S. Fukuda, K. Fujita, K. Nagata, J. Yoshida, N. Hamatani, T. Tsubouchi, M. Takashina, M. Umezawa, T. Nomura, W. Mukoyoshi, T. Miyoshi, Y. Okabe, T. Kanai, K. Ogawa, M. Koizumi
  • 学会等名: 2nd Flash Radiotherapy and Particle Therapy Conference (FRPT 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Confirmation of recombination effect on ionization chambers with ultra-high dose rate carbon ion beam (2022)
  • 著者名/発表者名: Noriaki Hamatani, Masashi Yagi, Toshiro Tsubouchi, Masaaki Takashina, Shinichi Shimizu, Kazumasa Minami, Masumi Umezawa, Takuya Nomura, Wataru Mukoyoshi, Takuto Miyoshi, Yasuo Okabe, Teiji Nishio, Masahiko Koizumi, Kazuhiko Ogawa, and Tatsuaki Kanai
  • 学会等名: 2nd Flash Radiotherapy and Particle Therapy Conference (FRPT 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] Ultra-High Dose-Rate Carbon-Ion Scanning Irradiation with a Compact Type Medical Synchrotron toward FLASH Research (2022)
  • 著者名/発表者名: M. Yagi, N. Hamatani, T. Tsubouchi, K. Minami, M. Takashina, M. Umezawa, T. Nomura, W. Mukoyoshi, Y. Okabe, T. Nishio, M. Koizumi, S. Shimizu, T. Kanai, K. Ogawa
  • 学会等名: American Society for Radiation Oncology (ASTRO) 64th Annual Meeting
  • 国際学会
• [備考] 超高線量率（FLASH）照射
  • URL: http://www.radonc.med.osaka-u.ac.jp/fc_research.html
• [産業財産権] 線量評価方法、線量評価装置、制御プログラム、および記録媒体 (2022)
  • 発明者名: 八木雅史、皆巳和賢、清水伸一
  • 権利者名: 国立大学法人大阪大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2022-189539
  • 出願年月日: 2022