加速器中性子で生成した医療用９９Moの実用化に向けた研究

2018 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K05383
• 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: 永井 泰樹 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 東海量子ビーム応用研究センター, 研究員(任非) (80028240)
• 研究分担者: 藤田 博喜 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 核燃料・バックエンド研究開発部門 核燃料サイクル工学研究所 放射線管理部, 研究副主幹 (20446446) ; 塚田 和明 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主席 (30343916) ; 橋本 和幸 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 東海量子ビーム応用研究センター, 上席研究員(定常) (80414530)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 加速器中性子 / テクネチウム99m / 核医学診断 / 熱分離 / 比放射能 / ミルキング / 放射性医薬品

研究実績の概要

がん、心臓疾患、脳疾患の三大生活習慣病及び認知症などの核医学診断において99Moの娘核である99mTc(半減期=6時間)で標識した99mTc放射性医薬品は、世界中で多用されている。我が国でも、年間約90万件の診断に使用されている。99mTcは、99Mo(半減期=66時間)のベータ崩壊で自然に得られる。現在、99Moは海外の研究用原子炉で製造されており我が国はこの99Moを毎週数回輸入している。そのため、99Moの安定供給は、核医学診断に不可欠である。しかし、海外の研究用原子炉は計画外停止が頻発し99Moの供給が、世界的に不安定である。そこで我々は、加速器で得られる加速器中性子を用い99Moを製造する方法を提案し、既存の加速器を用い99Mo生成と高品質の99mTcを分離・精製する研究開発を行ってきた。今年度は、本製造法の実用化に向けて重要な課題、即ち、本99Mo製造法が経済的に持続可能であるか、既存の研究用原子炉で製造される99Moの購入価格に比べ競合しうる価格で99Moが製造できるか、に挑戦することを目指した。99Mo製造量の測定は、東北大学のサイクロトロンで得られる40MeVの重陽子を100gのMoO3試料に照射して行った。その際、100gの試料は4分割して夫々の99Mo製造量の測定値が核データによる評価値と詳細に比較えｄきるようにした。その結果、40MeVで2mAの重陽子を加速できるサイクロトロンが１台あれば、日本の99Mo需要量のほぼ50%を供給できることを明らかにできた。この結果は、本製造違法が加速器の維持費などを勘案しても99Moの現状の価格と競合できること、即ち、経済的に持続可能な方法であることを検証できた。また、99Moの測定値と評価値は誤差の範囲でよい一致を示すことが確かめられた。これは今後最適な99Mo製造量を得るうえで重要な成果である。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

サイクロトロンからの重陽子を炭素標的に当てて発生する加速器中性子を100Mo試料に照射して99Moを製造する方法は、世界初の99Mo製造法である。本製造法を提案した当初は、1台のサイクロトロンで得られる40MeV、5mAの重陽子ビームを251gの金属100Mo試料に1日照射して製造される99Moは、日本の99Mo需要量の20～25%供給できると公表していた。今回、これまでの我々の研究開発及び本研究により、1台の上記サイクロトロンで2mAの重陽子を100gの100MoO3試料に1日照射すれば我が国の99Mo需要量の最高50%まで供給できる可能性を持つことを明らかにできた。これは、当初予期していなかった結果であり、本99Mo製造法は、経済的にも持続可能な方法であることが検証でき、国産化に向け重要な成果である。
ところで、本製造法による99Moの比放射能は、原子炉でウランの核分裂反応で製造される99Moに比較すると1/5000程度と低い。この低比放射能99Moから高濃度・高品質の99mTcを得る分離精製法の確立は、長年の課題であった。我々は、99Moから99mTcを分離する際に薬品を用いない熱分離法を採用しその装置を開発してきた。その結果、開発した熱分離装置は、高効率で99Moから99mTcを分離できること、得られた99mTcは不純物放射能をほとんど含まないことを実証し、更に99mTc医薬品の品質は薬事を満たすことを検証してきた。その結果、上記生成量と合わせ本製造法は経済的に持続可能な方法であることを明らかにできた。本製造システムを今後世界に展開していく上に重要な成果と言える。

今後の研究の推進方策

我々の最終目標は、核医学診断に重用されている99mTcの親核99Moの国産化を実現し、現在も続く99Moの供給不安定を解消することにある。そのため、原子炉に依存しないで加速器中性子による99Mo製造法を提案し、99Moの製造量及び製造された99Moから高品質の99mTcを高効率で分離精製する方法の開発こ取り組んできた。その結果、この新製造法及び開発した分離装置で得られた99mTcを用い合成した99mTc医薬品は、原子炉製の99mTcを用いた医薬品と同等の品質を持つことを実証してきた。今後は、従来の10倍以上の高強度の加速器中性子を発生させ、得られる高強度99Moから高品質の99mTcを分離する熱分離装置の自動化の開発を既存のサイクロトロンで重陽子の負イオンを加速するシステムを構築することで進める。また、この加速器中性子は、99Moのみならずがん診断・治療用の64Cu及び67Cuの多量製造を可能にすることが予備実験で確認されている。そこでこれらCuアイソトープの製造・分離精製及び小動物実験の研究開発のを推進する。

次年度使用額が生じた理由

理由：
実験で予期せぬ発見があり、その再現性の確認実験及び発見に至らしめた原因探究を含め精緻な研究が必要になったため。
計画：
加速器中性子を照射する濃縮試料と中性子遮蔽材の購入に使用予定。

研究成果

• [雑誌論文] Recommended nuclear data for medical radioisotope production: diagnostic gamma emitters (2019)
  • 著者名/発表者名: Tarkanyi F. T.、Ignatyuk A. V.、Hermanne A.、Capote R.、Carlson B. V.、Engle J. W.、Kellett M. A.、Kibedi T.、Kim G. N.、Kondev F. G.、Hussain M.、Lebeda O.、Luca A.、Nagai Y.、Naik H.、Nichols A. L.、Nortier F. M.、Suryanarayana S. V.、Takacs S.、Verpelli M.
  • 雑誌名: Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry 巻: 319 ページ: 487～531
  • DOI: 10.1007/s10967-018-6142-4
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Recommended nuclear data for medical radioisotope production: diagnostic positron emitters (2019)
  • 著者名/発表者名: Tarkanyi F. T.、Ignatyuk A. V.、Hermanne A.、Capote R.、Carlson B. V.、Engle J. W.、Kellett M. A.、Kibedi T.、Kim G. N.、Kondev F. G.、Hussain M.、Lebeda O.、Luca A.、Nagai Y.、Naik H.、Nichols A. L.、Nortier F. M.、Suryanarayana S. V.、Takacs S.、Verpelli M.
  • 雑誌名: Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry 巻: 319 ページ: 533～666
  • DOI: 10.1007/s10967-018-6380-5
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Reference Cross Sections for Charged-particle Monitor Reactions (2019)
  • 著者名/発表者名: Hermanne A., V. Ignatyuk A., Capote R., V. Carlson B., W. Engle J., A. Kellett M., T. Kib´edi, Kim G., G. Kondev F., Hussain M., Lebeda O., Luca A., 永井 泰樹 , Naik H., L. Nichols A., M. Nortier F., V. Suryanarayana S. , S.Tak´acs, F. T. T´ark´anyi, Verpelli M.
  • 雑誌名: Nuclear Data Sheets 巻: 148 ページ: 338,382
  • DOI: 10.1016/j.nds.2018.02.009
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 塚田 和明 , 永井 泰樹 , 橋本 和幸 , 川端 方子 , 湊 太志 , 佐伯 秀也 , 本石 章司 , 伊藤 正俊 (2018)
  • 著者名/発表者名: 99Mo Yield Using Large Sample Mass of MoO3 for Sustainable Production of 99Mo
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan (JPSJ) 巻: 87 ページ: 043201-1,-5
  • DOI: 10.7566/JPSJ.87.043201
  • 査読あり
• [学会発表] Productions of 99Mo and 67Cu using accelerator neutrons for domestic use (2018)
  • 著者名/発表者名: 永井 泰樹 , 橋本和幸 , 川端方子 , 塚田和明 , 初川雄一 , 須郷由美 , 佐伯秀也 , 本石章司 , 湊太志
  • 学会等名: ヨーロッパ核医学会2018
  • 国際学会
• [学会発表] Production of 99Mo/99mTc and 67Cu for medical use by accelerator neutrons (2018)
  • 著者名/発表者名: 永井泰樹
  • 学会等名: セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Quality control tests of 99Mo/99mTc and 67Cu produced using accelerator neutrons (2018)
  • 著者名/発表者名: 永井泰樹
  • 学会等名: 15th Varenna Conference on Nuclear Reaction Mechanisms
  • 招待講演
• [図書] FBNews (2019)
  • 著者名/発表者名: 非侵襲医療に向けた革新的アイソトープ製造法
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 株式会社千代田テクノル
• [図書] 核データニュース (2019)
  • 著者名/発表者名: 医療用アイソトープ製造と非侵襲個別化医療
  • 総ページ数: １４
  • 出版者: 日本原子力学会