量子生命科学的アプローチによる金ナノ粒子の放射線増感効果の解明と最適化への挑戦

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K07660
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 橋本 孝之 北海道大学, 医学研究院, 特任准教授 (60400678)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 米澤 徹 北海道大学, 工学研究院, 教授 (90284538) ; 柴山 環樹 北海道大学, 工学研究院, 教授 (10241564)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 金ナノ粒子

Outline of Annual Research Achievements

難治性がんの放射線治療成績向上を目的とする、体内の金属に対する放射線の影響に関する研究を行った。金粒子に関するナノテクノロジーで個々の細胞の遺伝子情報等の差異による放射線感受性の差を凌駕して、放射線治療の増感作用として活用する研究の初年度において、研究分担者である北海道大学工学研究院の柴山らと進める予定であった、細胞微細構造の電子顕微鏡による観察は、2018年9月の胆振東部地震の影響により、超高圧電子顕微鏡の除振台が損傷したため、研究の実施に遅れが生じている。また研究分担者である北海道大学工学研究院の米澤らとは、体内投与可能な金ナノ粒子の化学的製造に関して、必要な物品の購入を行い、研究に既に着手している。放射線関連の国内外の学会・研究会に出席し、最新の金ナノ粒子の放射線増感効果に関する研究発表について引き続き情報収集を行っている。また将来的に金ナノ粒子の放射線増感効果の臨床応用の期待が大きい、小児・AYA世代の髄芽腫や胚細胞腫瘍等の中枢神経腫瘍に対する全脳全脊髄陽子線照射において、X線との治療計画シミュレーション比較と、陽子線照射方法の工夫による臨床での血液毒性軽減効果について比較検討した内容について纏め、日本放射線腫瘍学会（JASTRO）や日本放射線影響学会（JRRS）の編集する、放射線治療・放射線物理学・放射線生物学の専門誌であるJournal of Radiation Research誌（Impact Factor：2.031）に論文を1編投稿し、受理された。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

電子顕微鏡を用いた、金ナノ粒子による量子力学的な視点からの光電効果の観察については、2018年9月の胆振東部地震の影響により超高圧電子顕微鏡が損傷したため、研究の実施に遅れが生じている。体内投与可能な金ナノ粒子製剤の化学的製造に関しては、必要な物品の購入を行い、研究に既に着手しており、今後の金ナノ粒子の生成と蛍光X線CTによる体内の金粒子分布の可視化につなげていく。上記の成果を踏まえ、金ナノ粒子による放射線増感効果のシミュレーション結果を加味して治療計画装置上にX線・陽子線の線量分布図に反映していくことを引き続き目指していく。また将来的に金ナノ粒子の放射線増感効果の臨床応用の期待が大きい、小児・AYA世代の髄芽腫や胚細胞腫瘍等の中枢神経腫瘍に対する全脳全脊髄陽子線照射において、X線との治療計画シミュレーション比較と、陽子線照射方法の工夫による臨床での血液毒性軽減効果について比較検討した内容について纏めた論文を放射線治療・放射線物理・放射線生物の専門誌であるJournal of Radiation Research誌投稿し、受理された。

Strategy for Future Research Activity

引き続き難治性がんの組織内に金ナノ粒子を投与する際の生体内の放射線増強反応機序を量子レベルで解明し、金ナノ粒子の配置やサイズを人為的に最適化するための新たな方法を、シミュレーションと化学的実験の両者にて研究していく。地震で損傷した超高圧電子顕微鏡の除振台の復旧作業を進め、復旧次第、細胞の電子顕微鏡による観察実験を実施していく予定である。金ナノ粒子の化学的製造に関しては、安全に体内投与可能で、放射線増感効果に優れた金ナノ粒子製剤の開発に向けた研究を進め、今後の金ナノ粒子の生成と蛍光X線CTによる体内の金粒子分布の可視化につなげていく。放射線関連の国内外の学会・研究会に出席し、最新の金ナノ粒子の放射線増感効果に関する研究発表について情報収集に努めていく。上記の成果を踏まえ、金ナノ粒子による放射線増感効果のシミュレーション結果を加味して治療計画装置上にX線・陽子線の線量分布図に反映していくことを引き続き目指していく。

Causes of Carryover

2018年9月の胆振東部地震で超高圧電子顕微鏡の除振台が損傷したため、予定していた細胞の電子顕微鏡による観察が実施できず、未だ復旧のための作業を進めている。そのため、人件費や電子顕微鏡使用料については未使用となっている。復旧次第、細胞の電子顕微鏡による観察実験を実施し、それに伴う人件費や電子顕微鏡使用料についても支出予定である。

Research Products

• [Journal Article] Clinical experience of craniospinal intensity-modulated spot-scanning proton therapy using large fields for central nervous system medulloblastomas and germ cell tumors in children, adolescents, and young adults (2019)
  • Author(s): Takayuki Hashimoto, Shinichi Shimizu, Seishin Takao, Shunsuke Terasaka, Akihiro Iguchi, Hiroyuki Kobayashi, Takashi Mori, Takaaki Yoshimura, Yuto Matsuo, Masaya Tamura, Taeko Matsuura, Yoichi M. Ito, Rikiya Onimaru, Hiroki Shirato
  • Journal Title: Journal of Radiation Research Volume: 60(4) Pages: 527-537
  • DOI: 10.1093/jrr/rrz022
  • Peer Reviewed / Open Access