宇宙放射線影響解析を促進する多様な生物試料への高精度マイクロビーム照射技術の開発

• 研究領域: 宇宙からひも解く新たな生命制御機構の統合的理解
• 研究課題/領域番号: 18H04991
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
• 研究代表者: 舟山 知夫 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 放射線生物応用研究部, 上席研究員(定常) (40354956)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2019年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2018年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: 宇宙放射線影響 / 高LET / マイクロビーム / 重イオン / 生物照射技術

研究実績の概要

人類の長期宇宙滞在を実現するためには、憂慮すべきリスク要因である宇宙放射線被曝の正確な影響評価が必要となる。そこで本研究では、地上の放射線環境ではほぼ存在しない一方で、宇宙放射線被爆において寄与が大きい、高LET重イオンの生物影響を、量研高崎研の重イオンマイクロビーム装置を用いて明らかにすることを研究の目的とする。
2019年度は、集束式重イオンマイクロビーム装置で重イオンの生物照射効果の解析を実現するための技術開発を進めた。これまで、試料皿の広範囲に播種した培養細胞集団全体をマイクロビームで照射するために、試料ステージを用いてカメラ視野をずらしながら撮像する必要があった。しかし、この手法では、カメラ視野境界に存在する細胞が正確に認識できず、正しい照準を行えない問題が生じる。そこで、線虫C. elegans照射用に開発した生物用マイクロチップ技術を応用した、細胞播種用チップを開発し、細胞をカメラ視野サイズ以下で分割して播種する技術を確立、照射細胞の位置検出を正確化した。また、これらの培養細胞照射技術の開発と並行し、集束ビームで動物個体の照射を行うための試料調整技術の開発も進めた。集束式ビームは、ピンホールで微小なビームスポットを形成するコリメーション式ビームと異なり、加速器の状態変化に伴いビームスポット位置が変動する。そのため、正確な照準には、照射対象の生物試料とビームを検出するシンチレータを同一の顕微鏡焦点面に配置した試料が必要となる。そこで、マイクロチップに封入した線虫と高感度なシンチレータを同一平面で配置できる試料フレームを開発し、ビーム径8 μmの炭素イオンマイクロビームで、線虫の中枢神経を照準し照射することに成功した。
これらの技術の開発で、培養細胞および動物個体を用い、高LET重イオンの生物効果を解明する技術基盤を確立できた。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] An irradiation device for biological targets using focused microbeams of cyclotron-accelerated heavy ion (2020)
  • 著者名/発表者名: Tomoo Funayama, Tetsuya Sakashita, Michiyo Suzuki, Yuichiro Yokota, Nobumasa Miyawaki, Hirotsugu Kashiwagi, Takahiro Satoh, Satoshi Kurashima
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 巻: 465 ページ: 101-109
  • DOI: 10.1016/j.nimb.2019.12.028
  • 査読あり
• [雑誌論文] Space radiation biology for “Living in Space” (2020)
  • 著者名/発表者名: Furukawa S, Nagamatsu A, Nenoi M, Fujimori A, Kakinuma S, Katsube T, Wang B, Tsuruoka C, Shirai T, Nakamura AJ, Sakaue-Sawano A, Miyawaki A, Harada H, Kobayashi M, Kobayashi J, Kunieda T, Funayama T, Suzuki M, Miyamoto T, Hidema J, Yoshida Y, Takahashi A.
  • 雑誌名: BioMed Res Int. 巻: 2020 号: 1 ページ: 4703286-4703286
  • DOI: 10.1155/2020/4703286
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Heavy-Ion Microbeams for Biological Science: Development of System and Utilization for Biological Experiments in QST-Takasaki (2019)
  • 著者名/発表者名: Funayama T.
  • 雑誌名: Quantum Beam Science 巻: 3 号: 2 ページ: 13-13
  • DOI: 10.3390/qubs3020013
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Distinct modes of death in human neural stem and glioblastoma cells irradiated with carbon-ion radiation and gamma-rays (2019)
  • 著者名/発表者名: Yokota Y., Wada Y., Funayama T.
  • 雑誌名: International Journal of Radiation Biology 巻: 96 号: 2 ページ: 172-178
  • DOI: 10.1080/09553002.2020.1683639
  • 査読あり
• [学会発表] 重イオンマイクロビーム照射用テーラーメード照射容器製作技術の確立 (2019)
  • 著者名/発表者名: 舟山知夫, 鈴木芳代
  • 学会等名: 日本宇宙生物科学会第33回大会
• [学会発表] Establishment of a method for microbeam irradiation using cell irradiation dish specially- designed for analyzing radiation induced bystander effect (2019)
  • 著者名/発表者名: Funayama T. Nagafune I., Suzuki M.
  • 学会等名: 日本放射線影響学会第62回大会
• [学会発表] 量研高崎研のマイクロビーム生物照射技術を用いた生物局部照射効果研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 舟山 知夫
  • 学会等名: 宇宙生物科学会第32回大会
  • 招待講演