治療・診断統合による次世代ドラッグデリバリー可視化システムの実証

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H00669
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 片岡 淳 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (90334507)
• 研究分担者: 加藤 弘樹 大阪大学, 大学院医学系研究科, 准教授 (20448054) ; 上田 真史 岡山大学, 医歯薬学域, 教授 (40381967)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: ドラッグデリバリー / 多色X線CT / 核医学治療 / コンプトンカメラ / ナノ粒子増感剤

研究実績の概要

本年度は最終年度に相応しく、様々な成果を得ることができた。多色スペクトラルCTでは昨年開発した 64ch システムに新たに温度ーゲイン自動補正機能を追加し、複数造影剤や抗がん剤のキャリアである金ナノ粒子を投与したマウスの撮影を行った。また、ピクセルシフトを用いた新しい発想を導入し、サブミリを実現する高解像度イメージングなど、予定した以上の実験を滞りなく行うことができた。さらに、薬物動態(DDS)キャリアであるリポソームと、内包物である白金系抗がん剤の同時CTイメージングを目指した製剤を行い、カルボプラチンやオキサリプラチンを用いた合成を進めている。核医学イメージングに関しては、小動物用コンプトンカメラ・ガントリを8ユニットまで拡張し、α線治療薬であるAt-211の生体マウスイメージングを行った。さらに、阪大病院において臨床イメージングの貴重な機会が得られ、ハイブリッド・コンプトンカメラ3台を用いて患者体内のRa-223(ゾーフィゴ)薬物動態可視化に成功した。粒子線治療に関しては、pBCT(ホウ素陽子捕捉治療)に変わる新しい増感剤として、金ナノ粒子を用いた生物的・化学的増感作用の検証を進めた。具体的には、増感作用に寄与すると考えられるオージェ電子の発生量を正確に見積もるため、Geant４-DNAシミュレーションとAES(オージェ電子分光計)およびXPS（X線光電子分光計）によるスペクトルとの直接比較など、物理学的観点からも増感剤の機序解明を行った。さらに、クマリン酸などラジカルスカベンジャーを用いた化学的実験により、増感剤の有無によるラジカル生成量の定量評価を実施した。2022年度はＸ線、電子線、陽子線など様々な線種での照射実験を行った。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4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] Experimental verification of efficacy of pBCT in terms of physical and biological aspects (2023)
  • 著者名/発表者名: Mana Hosobuchi, Jun Kataoka, Hiromu Yokokawa, You Okazaki, Ryoichi Hirayama, Taku Inaniwa, Masashi Ueda, Mitsuhiro Kimura
  • 雑誌名: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A 巻: 1045 ページ: 167537
  • DOI: 10.1016/j.nima.2022.167537
  • 査読あり
• [雑誌論文] Wide-band X-ray and gamma-ray imaging of living mouse to reveal pharmacokinetics of At-211 (2023)
  • 著者名/発表者名: M. Masubuchi, A. Omata, N. Koshikawa, J. Kataoka, H. Kato, A. Toyoshima, K. Ooe, D. Katayama, T. Teramoto, K. Matsunaga, T. Kamiya, T. Watabe, E. Shimosegawa, J. Hatazawa
  • 雑誌名: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A 巻: 1045 ページ: 167581
  • DOI: 10.1016/j.nima.2022.167581
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experiment of in vivo imaging with third generation setup using Photon-Counting CT with 64ch Multi-Pixel Photon Counter (2023)
  • 著者名/発表者名: M. Sagisaka, T. Toyoda, J. Kataoka, M. Arimoto, H. Kawashima, S. Kobayashi, K. Murakami, K. Okumura, D. Sato, K. Yoshiura, T. Mizuno, K. Aiga, S. Terazawa, S. Shiota
  • 雑誌名: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A 巻: 1045 ページ: 167580
  • DOI: 10.1016/j.nima.2022.167580
  • 査読あり
• [雑誌論文] Initial results of in vivo CT imaging of contrast agents using MPPC-based photon-counting CT (2023)
  • 著者名/発表者名: Daichi Sato, Makoto Arimoto, Kotaro Yoshiura, Tomoya Mizuno, Ko Aiga, Kairi Ishiguro, Takahiro Tomoda, Hiroki Kawashima, Satoshi Kobayashi, Kenichiro Okumura, Kazuhiro Murakami, Jun Kataoka, Takaya Toyoda, Mayu Sagisaka, Shinsuke Terazawa, Satoshi Shiota
  • 雑誌名: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A 巻: 1045 ページ: 167960
  • DOI: 10.1016/j.nima.2022.167960
  • 査読あり
• [雑誌論文] Water luminescence imaging for visualization of therapeutic effects of proton therapy and radiosensitizers (2023)
  • 著者名/発表者名: Yu Okazaki, Mana Hosobuchi, Hiromu Yokokawa, Jun Kataoka, Seiichi Yamamoto
  • 雑誌名: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A 巻: 1045 ページ: 167793
  • DOI: 10.1016/j.nima.2022.167793
  • 査読あり
• [雑誌論文] Activation imaging: New concept of visualizing drug distribution with wide-band X-ray and gamma-ray imager (2023)
  • 著者名/発表者名: N. Koshikawa, Omata, M. Masubuchi, J. Kataoka, Y. Kadonaga, K. Tokoi, S. Nakagawa. Imada, A. Toyoshima, K. Matsunaga, H. Kato, Y. Wakabayashi, T. Kobayashi, K. Takamiya, M. Ueda
  • 雑誌名: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A 巻: 1045 ページ: 167599
  • DOI: 10.1016/j.nima.2022.167599
  • 査読あり
• [雑誌論文] Performance demonstration of a novel photon-counting CT for preclinical application (2022)
  • 著者名/発表者名: T.Toyoda, J.Kataoka, M.Sagisaka, M.Arimoto, D.Sato, K.Yoshiura, H.Kawashima, S.Kobayashi, J.Kotoku, S.Terazawa, S.Shiota, M.Ueda
  • 雑誌名: Nuclear Inst. and Methods in Physics Research, A 巻: 1040 ページ: 167181
  • DOI: 10.1016/j.nima.2022.167181
  • 査読あり
• [雑誌論文] Activation imaging of drugs with hybrid Compton camera: A proof-of-concept study (2022)
  • 著者名/発表者名: N. Koshikawa, A. Omata, M. Masubuchi, Y. Okazaki, J. Kataoka, K. Matsunaga, H. Kato, A. Toyoshima, Y. Wakabayashi, and T. Kobayashi
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 121 ページ: 193701
  • DOI: 10.1063/5.0116570
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 散乱陽子線計測に基づく「その場」陽子線治療モニタリングシステムの初期検証 (2023)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 将吾、横川 広歩、田中 香津生、山本 誠一、片岡 淳
  • 学会等名: 第70回 応用物理学会春季年会
• [学会発表] 粒子線治療への応用を目指したフォトンカウンティングCTによる電子数密度推定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 匂坂 真結、片岡 淳、稲庭 拓、有元 誠、川嶋 広貴、小林 聡、佐藤 大地、水野 睦也、寺澤 慎祐、塩田 諭
  • 学会等名: 第70回 応用物理学会春季年会
• [学会発表] X線ガンマ線イメージングが切り拓く近未来 - 宇宙物理と放射線治療の架け橋へ - (2022)
  • 著者名/発表者名: 片岡淳
  • 学会等名: 日本医学物理学会学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] X線ガンマ線でつなぐ宇宙と医療 (2022)
  • 著者名/発表者名: 片岡淳
  • 学会等名: 日本コンピュータ外科学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] ガンマ線イメージングが拓く近未来：宇宙から医療・大気・資源探査へ (2022)
  • 著者名/発表者名: 片岡淳
  • 学会等名: 日本応用物理学会（秋季年会）
  • 招待講演
• [学会発表] Water Luminescence Imaging for Visualization of Therapeutic Effects of Proton Therapy and Radiosensitizers (2022)
  • 著者名/発表者名: Y.Okazaki, M.Hosobuchi, H.Yokokawa, J.Kataoka, S.Yamamoto
  • 学会等名: 9th Conference on New Development in Photodetection (NDIP2020)
  • 国際学会
• [学会発表] Experiment of in vivo imaging with third generation setup using Photon-Counting CT with 64ch Multi-Pixel Photon Counter (2022)
  • 著者名/発表者名: M.Sagisaka, T.Toyoda, J.Kataoka, M.Arimoto, H.Kawashima, S.Kobayashi, K.Murakami, D.Sato, K.Yoshiura, T.Mizuno, K.Aiga, S.Terazawa, S.Shiota
  • 学会等名: 9th Conference on New Development in Photodetection (NDIP2020)
  • 国際学会
• [学会発表] Demonstrative measurement of proton-nuclear reaction by deconvolving the prompt gamma-ray spectra (2022)
  • 著者名/発表者名: M.Hosobuchi, J.Kataoka, F.Nishi, R.Tanaka
  • 学会等名: 9th Conference on New Development in Photodetection (NDIP2020)
  • 国際学会
• [学会発表] Wide-band X-ray and gamma-ray imaging of living mouse to reveal pharmacokinetics of At-211 (2022)
  • 著者名/発表者名: M.Masubuchi, A.Omata, N.Koshikawa, J.Kataoka,H.Kato, A.Toyoshima, T.Teramoto, K.Ooe, D.Katayama. T.Teramoto, K.Matsunaga, T.Kamiya, T.Watabe, E.Shimosegawa, J.Hatazawa
  • 学会等名: 9th Conference on New Development in Photodetection (NDIP2020)
  • 国際学会
• [学会発表] In-situ visualization system of 3D dose distribution for precision proton therapy (2022)
  • 著者名/発表者名: S.Sato, H.Yokokawa, M.Hosobuchi, J.Kataoka
  • 学会等名: 9th Conference on New Development in Photodetection (NDIP2020)
  • 国際学会
• [学会発表] Experimental Verification of the Efficacy of pBCT from Physical and Biological Aspects (2022)
  • 著者名/発表者名: M.Hosobuchi, J.Kataoka, H.Yokokawa, Y.Okazaki, M.Ueda, K.Kobashigawa, R.Hirayama, T.Inaniwa, A.M.Glenn
  • 学会等名: 9th Conference on New Development in Photodetection (NDIP2020)
  • 国際学会
• [学会発表] 生体マウスにおけるリアルタイム薬物動態（At-211 NaAt）Ｘ線ガンマ線同時イメージング (2022)
  • 著者名/発表者名: 増渕美穂, 越川七星, 小俣陽久, 片岡淳, 加藤弘樹, 豊嶋厚史, 大江一弘, 片山大輔,寺本高啓, 松永恵子
  • 学会等名: 日本医学物理学会（秋季年会）
• [学会発表] MPPCと高速シンチレータを用いた光子計数型CT：生体マウスイメージングによる実証 (2022)
  • 著者名/発表者名: 匂坂 真結, 片岡 淳, 有元 誠, 川嶋 広貴, 小林 聡, 村上 和弘, 佐藤 大地, 水野 睦也, 寺澤 慎祐, 塩田 諭
  • 学会等名: 日本医学物理学会（秋季年会）
• [学会発表] 陽子線治療と増感剤の治療効果可視化に向けた水ルミネセンスイメージング (2022)
  • 著者名/発表者名: 岡﨑優, 細淵真那, 横川広歩, 片岡淳, 山本誠一
  • 学会等名: 日本医学物理学会（秋季年会）
• [学会発表] 散乱陽子線を用いた「その場」線量可視化システムの提案 (2022)
  • 著者名/発表者名: 横川 広歩, 佐藤 将吾, 片岡 淳
  • 学会等名: 日本医学物理学会（秋季年会）
• [学会発表] Initial results of in vivo CT imaging of contrast agents using MPPC-based photon-counting CT (2022)
  • 著者名/発表者名: Daichi Sato; Makoto Arimoto; Kotaro Yoshiura; Tomoya Mizuno; Ko Aiga; Kazuhiro Murakami; Hiroki Kawashima; Satoshi Kobayashi; Kenichiro Okumura; Jun Kataoka; Takaya Toyoda; Mayu Sagisaka; Kairi Ishiguro; Takahiro Tomoda; Shinsuke Terazawa; Satoshi Shiota
  • 学会等名: 9th Conference on New Development in Photodetection (NDIP2020)
  • 国際学会
• [学会発表] 次世代X線CTを用いた複数造影剤の生体内イメージング (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 大地、有元 誠、水野 睦也、石黒 海里、供田 崇弘、川嶋 広貴、小林 聡、村上 和弘、奥村 健一郎、片岡 淳、匂坂 真結、寺澤 慎祐、塩田 諭
  • 学会等名: 第83回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Activation imaging: new concept of visualizing drug distribution with wide-band X-ray and gamma-ray imager (2022)
  • 著者名/発表者名: N.Koshikawa, A.Omata, M.Masubuchi, Y.Okazaki, J.Kataoka, K.Matsunaga, H. Kato, Y.Kadonaga, A.Toyoshima, Y.Wakabayashi, T.Kobayashi, K.Takamiya,M.Ueda
  • 学会等名: 9th Conference on New Development in Photodetection (NDIP2020)
  • 国際学会
• [学会発表] 放射化イメージングによる薬剤可視化手法の提案と実証 (2022)
  • 著者名/発表者名: 越川 七星,増渕 美穂, 片岡 淳, 角永 悠一郎, 床井 健運, 中川 創太, 今田 彩香, 豊嶋 厚史, 松永 恵子, 加藤 弘樹, 高宮 幸一, 上田 真史
  • 学会等名: 日本医学物理学会（秋季年会）
• [学会発表] 放射化イメージングによる高感度薬剤可視化の実証 (2022)
  • 著者名/発表者名: 越川 七星,増渕 美穂, 片岡 淳, 角永 悠一郎, 床井 健運, 中川 創太, 今田 彩香, 豊嶋 厚史, 松永 恵子, 加藤 弘樹, 高宮 幸一, 上田 真史
  • 学会等名: 日本応用物理学会（秋季年会）
• [学会発表] 広帯域 X 線ガンマ線による放射化イメージング手法の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 越川 七星,増渕 美穂, 片岡 淳, 角永 悠一郎, 床井 健運, 中川 創太, 今田 彩香, 豊嶋 厚史, 松永 恵子, 加藤 弘樹, 高宮 幸一, 上田 真史
  • 学会等名: 第3回標的アイソトープ治療線量評価研究会大会
• [備考] 様々な元素の分布を可視化する「放射化イメージング」に成功
  • URL: https://www.waseda.jp/top/news/85249
• [備考] 増渕美穂さん(M2)が 第124回・日本医学物理学会(秋季) 大会長賞（銅賞）を受賞
  • URL: http://www.spxg-lab.phys.waseda.ac.jp/