最先端宇宙センサ技術で切り開く「がん幹細胞」の生体内可視化

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H02700
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 武田 伸一郎 東京大学, カブリ数物連携宇宙研究機構, 特任助教 (80553718)
• 研究分担者: 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): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: がん幹細胞 / 放射線 / 半導体 / プローブ

研究実績の概要

本研究では、宇宙ガンマ線計測の最先端センサ技術を、in-vivo分子イメージング分野へ持ち込み発展させるという、独自のアプローチにより、既存のin-vivo分子イメージング装置よりも一桁優れた「100umの画像分解能」を実現し、同時に高精度の「マルチプローブ」画像化を可能とする、革新的な小動物用単一光子放射断層撮影装置NeXT-SPECTの実証機を開発する。NeXT-SPECTは、テルル化カドミウム(CdTe)半導体検出器とマルチピンホールコリメーターとを組み合わせた撮像モジュールを構成単位とする。被写体の周りに複数のモジュールを配置することで、多方向のプロジェクション画像を取得し、最終的に、放射性同位体の分布を3次元画像再構成することを目指す。
今年度は、完成済みの試作機を用いて、ファントムを用いた性能評価実験と、がんを移植したモデルマウスを用いた生体イメージング実証に取り組んだ。最小で350umの内部構造をもつマイクロデレンゾファントムを製作し、125-I、111-In、99m-Tc等の線源を封入し、データを取得、独自に開発した画像再構成アルゴリズムを適用することにより、現時点で350umを超える断層画像分解能を実証した。これは、すでに世界最高峰の商用小動物SPECTに比肩する分解能である。さらに分解能を向上させるためには、機械学習のアプローチを再構成アルゴリズムに組み込むことが有効であると考えられ、モンテカルロシミュレーションを駆使したアルゴリズム研究が進行中である。担がんマウスのイメージングでは、がんを移植した原発巣からリンパ節へと転移した1mmに満たない微小転移の検出に成功した。がん幹細胞性を備えた細胞が転移に寄与していることが示唆されており、がん幹細胞の生体内可視化の実現に向けた大きな一歩を踏み出した。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] The University of Arizona(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: The University of Arizona
• [国際共同研究] The University of Queensland(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: The University of Queensland
• [雑誌論文] Double photon emission coincidence imaging with GAGG-SiPM Compton camera (2020)
  • 著者名/発表者名: Uenomachi Mizuki、Mizumachi Yuki、Yoshihara Yuri、Takahashi Hiroyuki、Shimazoe Kenji、Yabu Goro、Yoneda Hiroki、Watanabe Shin、Takeda Shin’ichiro、Orita Tadashi、Takahashi Tadayuki、Moriyama Fumiki、Sugawara Hirotaka
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 954 ページ: 161682～161682
  • DOI: 10.1016/j.nima.2018.11.141
  • 査読あり
• [雑誌論文] Imaging of 99mTc-DMSA and 18F-FDG in humans using a Si/CdTe Compton camera (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakano Takashi、Sakai Makoto、Torikai Kota、Suzuki Yoshiyuki、Takeda Shin’ichiro、Noda Shin-ei、Yamaguchi Mitsutaka、Nagao Yuto、Kikuchi Mikiko、Odaka Hirokazu、Kamiya Tomihiro、Kawachi Naoki、Watanabe Shin、Arakawa Kazuo、Takahashi Tadayuki
  • 雑誌名: Physics in Medicine & Biology 巻: 65 ページ: 05LT01～05LT01
  • DOI: 10.1088/1361-6560/ab33d8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] X-ray Spectroscopy of Muonic Atoms Isolated in Vacuum with Transition Edge Sensors (2020)
  • 著者名/発表者名: Okada S. et al. including Takeda S.
  • 雑誌名: Journal of Low Temperature Physics 巻: 200 ページ: 445～451
  • DOI: 10.1007/s10909-020-02476-5
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Origin of the in-orbit instrumental background of the Hard X-ray Imager onboard Hitomi (2020)
  • 著者名/発表者名: Hagino Kouichi et al. including Shinichiro Takeda
  • 雑誌名: Journal of Astronomical Telescopes, Instruments, and Systems 巻: 6 ページ: -
  • DOI: 10.1117/1.JATIS.6.4.046003
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Imaging and spectral performance of a 60μm pitch CdTe Double-Sided Strip Detector (2020)
  • 著者名/発表者名: Furukawa Kento、Nagasawa Shunsaku、Glesener Lindsay、Katsuragawa Miho、Takeda Shin’ichiro、Watanabe Shin、Takahashi Tadayuki
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 978 ページ: 164378～164378
  • DOI: 10.1016/j.nima.2020.164378
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of a low-noise front-end ASIC for CdTe detectors (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawamura Tenyo、Orita Tadashi、Takeda Shin’ichiro、Watanabe Shin、Ikeda Hirokazu、Takahashi Tadayuki
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 982 ページ: 164575～164575
  • DOI: 10.1016/j.nima.2020.164575
  • 査読あり