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

2019 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 / 放射線増感効果

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ていたが、2019年度内に復旧した。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。新型コロナウイルス感染の拡大を受け、全国に緊急事態宣言が出ており、照射実験実施の日程調整に苦慮しているが、2020年度内のなるべく早期に実験を行うべく準備中である。金ナノ粒子による放射線増感効果についてはこれまでとは異なる条件を想定したシミュレーションを継続した。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）に論文が掲載された。

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たが、2019年度内に復旧したため、2020年度早期の照射実験実施に向けた日程調整を行っている。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。金ナノ粒子による放射線増感効果についてはシミュレーションを継続しており、今年度は腫瘍血管標的金ナノ粒子と放射線治療を組み合わせた腫瘍血管破壊治療におけるパラメータの影響を評価し、X線による金ナノ粒子の線量増加には方向依存性があり、照射方向を工夫することで治療効果を効率的に高められる可能性が示唆された。その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が、2019年10月に出席を予定していた粒子線治療の国際会議であるPTCOG-NA（Miami開催）は台風19号の影響で搭乗予定の飛行機が欠航となり、参加を断念せざるを得なかった。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が放射線治療・放射線物理・放射線生物の専門誌であるJournal of Radiation Research誌に掲載された。

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は復旧済で、2020年度早期に電子顕微鏡による観察実験を実施していく予定であるが、新型コロナウイルス感染の拡大を受け、全国に緊急事態宣言が出ているため、照射実験実施の日程については引き続き調整中である。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。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は、新型コロナウイルス感染の拡大を受け、全国に緊急事態宣言が出ており、学会・研究会の開催中止や延期が相次ぎ、また出張の自粛も求められている状況であるが、放射線関連の国内外の学会・研究会に可能な限り出席し、情報収集に引き続き努めていく。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、復旧に時間を要したため、予定していた細胞の電子顕微鏡による観察実施が遅れているため、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。2020年度早期に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。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が、2019年10月に出席を予定していた粒子線治療の国際会議であるPTCOG-NA（Miami開催）は台風19号の影響で搭乗予定の飛行機が欠航となり、参加を断念せざるを得なかった。新型コロナウイルス感染の拡大を受け、学会・研究会の開催中止や延期が相次ぎ、また出張の自粛も求められているが、状況が許せば放射線関連の国内外の学会・研究会に可能な限り出席し、情報収集や成果発表に引き続き努めていく。

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