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論文

Modeling for predicting survival fraction of cells after ultra-high dose rate irradiation

白石 裕太*; 松谷 悠佑; 楠本 多聞*; 福永 久典*

Physics in Medicine & Biology, 69(1), p.015017_1 - 015017_14, 2024/01

超高線量率照射($$>$$ 40Gy/sec)を使用するFLASH放射線療法(FLASH-RT)は、従来の高線量率($$leqq$$ 6Gy/min)を用いた治療(CONV-RT)と比較し、正常組織の機能を温存することが期待できる新たな治療法として知られる。FLASH-RTによる照射中では、放射線飛跡間の相互作用により生じる化学過程の変調が正常組織の機能保存の主要因であることが提案されているが、化学過程の変化と細胞応答の関係性は未だ解明されていない。そこで本研究では、超高線量率照射下における化学過程と初期応答であるDNA損傷発生数の関係を考慮した予測モデル(integrated microdosimetric-kinetic (IMK) model for FLASH-RT)を開発し、細胞応答メカニズムの研究を行った。その結果、化学過程依存的に変化するDNA損傷収率を考慮した本モデルにより、さまざまな細胞株タイプに対するCONV-RTとFLASH-RTの細胞殺傷効果の実測値の再現に成功した。本成果は、FLASH-RT照射後の細胞応答メカニズムの理解と治療効果の高精度な予測に貢献することが期待される。

論文

An Analytical method for quantifying the yields of DNA double-strand breaks coupled with strand breaks by $$gamma$$-H2AX focus formation assay based on track-structure simulation

谷内 淑恵*; 松谷 悠佑*; 吉井 勇治*; 福永 久典*; 伊達 広行*; 甲斐 健師

International Journal of Molecular Sciences (Internet), 24(2), p.1386_1 - 1386_14, 2023/01

 被引用回数:1 パーセンタイル:79.13(Biochemistry & Molecular Biology)

生きた細胞に放射線が照射され、DNAの数ナノメートル以内に複雑な損傷が形成されると、細胞死のような生物影響を誘発すると考えられている。一般的に、細胞に形成された複雑なDNA損傷は、蛍光体を利用すると、損傷部位の周辺が焦点のように発光するため、蛍光顕微鏡で実験的に検出することができる。しかしながらこの検出法で、DNA損傷の複雑さの度合いを解析するまでには至ってなかった。そこで本研究では、計測した焦点サイズに注目すると共に、飛跡構造解析コードを用いてDNA損傷の複雑さの度合いを評価した。その結果、DNA損傷がより複雑になると、焦点サイズも増大する ことがわかった。本研究成果は、放射線生物影響の初期要因を解明するための新たな解析手法になることが期待される。

論文

Features of accelerator-based neutron source for boron neutron capture therapy calculated by Particle and Heavy Ion Transport code System (PHITS)

松谷 悠佑; 楠本 多聞*; 谷内 淑恵*; 平田 悠歩; 三輪 美沙子*; 石川 正純*; 伊達 広行*; 岩元 洋介; 松山 成男*; 福永 久典*

AIP Advances (Internet), 12(2), p.025013_1 - 025013_9, 2022/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:51.2(Nanoscience & Nanotechnology)

ホウ素中性子捕捉療法(Boron Neutron Capture Therapy: BNCT)は、腫瘍細胞選択的にホウ素薬剤を集積させ、$$^{10}$$Bと熱中性子の核反応から発生する$$alpha$$線やLiイオンを利用して、腫瘍細胞に効率的に治療する放射線療法である。近年開発の進む加速器型(病院設置型)中性子源により、将来的に数多くの医療施設でBNCTが普及すると期待されている。加速器型中性子源で、BNCTに用いる熱外中性子は$$^{7}$$Li(p,n)$$^{7}$$Be反応により生成する。様々な種類の放射線や粒子の挙動を模擬できる放射線輸送計算コードPHITSでは、近年の改良により、日本国内の評価済み核データライブラリー(JENDL-4.0/HE)を使用して$$^{7}$$Li(p,n)$$^{7}$$Be反応からの中性子生成の推定が可能となった。本研究では、病院設置型BNCTの治療効果の評価へ向けて、PHITSで考慮されている中性子発生断面積や中性子エネルギー分布の基礎的検証を行った。さらに、熱中性子や反跳陽子の発生数 を試算し、BF$$_{3}$$ガス計数管や固体飛跡検出器CR-39の測定値と比較した。その結果、これらの検証により、PHITSコードがLiターゲットを使用して加速器から生成された中性子を正確に予測できることを確認した。この成果は、PHITSコードが加速器型中性子場の正確な評価と加速器型BNCTの治療効果の予測に有用であることを示すものである。

論文

ホウ素中性子捕捉療法の治療効果予測モデルの開発

福永 久典*; 松谷 悠佑

放射線生物研究, 56(2), p.208 - 223, 2021/06

ホウ素中性子捕捉療法(Boron Neutron Capture Therapy, BNCT)は、「腫瘍細胞選択的にホウ素薬剤を集積させ、$$^{10}$$Bと熱中性子の核反応から生成される短飛程の$$alpha$$線やLiイオンを利用して、腫瘍細胞に効率的に線量を集中させる」という放射線治療である。最近開発された加速器型中性子線源の登場により、近い将来、BNCTは多くの医療施設で利用可能になることが期待されている。BNCTでは、静脈注射によってホウ素薬剤を腫瘍部に取り込ませた後、比較的長い時間をかけて中性子線照射を行うため、照射中の腫瘍部ホウ素濃度分布が時空間的に不均一に変化することが判っている。したがって、その物理学的な特性と薬理学・生物学的な特性の両方がBNCT治療効果に影響していると予想されるが、このような特性を十分に考慮した予測モデルは現在も開発途上にある。本稿で解説するBNCT治療効果予測モデルの開発に関する歴史的経緯と将来展望は、放射線物理学,薬理学,生物学,医学分野の間をつなぐ学際的な研究アプローチによるシナジー効果を生み、新しいBNCTの時代を切り拓くことが期待される。

論文

Implications of radiation microdosimetry for accelerator-based boron neutron capture therapy; A Radiobiological perspective

福永 久典*; 松谷 悠佑; 徳植 公一*; 大村 素子*

British Journal of Radiology, 93(1111), p.20200311_1 - 20200311_4, 2020/07

 被引用回数:4 パーセンタイル:80.32(Radiology, Nuclear Medicine & Medical Imaging)

ホウ素中性子捕獲療法(BNCT)は、癌細胞を選択的に照射し、正常細胞の損傷を抑制できる放射線療法として注目を集めている。BNCTの基本概念が1930年代に開発されて以降、現在までに多数の生物実験ならびに臨床応用への向けた橋渡し研究が実施されてきた。最近、医療機関に設置できるBNCT用の中性子加速器が開発されているため、近い将来に、BNCTは世界中の医療機関で利用可能になると予想されている。このような背景から、本稿では、細胞スケールで不均一なエネルギー付与分布を与えるBNCTにおいて、微視的な線量付与の特性が細胞応答(腫瘍殺傷効果)に与える影響について議論する。また、ホウ素剤を用いたBNCTの技術を陽子線治療へ応用する新たな治療法の開発も検討されている。ここで開設するBNCTおよび関連技術の分野の放射線生物学研究は、臨床腫瘍学の分野で広く相乗効果を生み出すことが期待される。

論文

A Model for estimating dose-rate effects on cell-killing of human melanoma after boron neutron capture therapy

松谷 悠佑; 福永 久典*; 大村 素子*; 伊達 広行*

Cells, 9(5), p.1117_1 - 1117_16, 2020/05

 被引用回数:17 パーセンタイル:70.79(Cell Biology)

ホウ素中性子捕獲療法(BNCT)で、治療対象とするがん細胞へ高い線量を付与させる場合には、生体内の不均一な線量分布、比較的長い照射時間及びその間における細胞内のホウ素濃度の変化の考慮が必要である。照射時間中の放射線感受性の変化は、BNCTにおける腫瘍制御率を下げる可能性があるが、これまでに評価されていなかった。本研究では、BNCT照射中の細胞内のホウ素濃度に依存する線質と線量率の変化を考慮した放射線感受性モデルを開発し、これを活用することにより、黒色腫治療時の線量率効果(照射中の細胞の回復)を解析した。まず、開発したモデルについては、$$^{60}$$Coガンマ線・熱中性子・BNCT照射時の細胞実験の結果を再現することを確認した。また、高線エネルギー付与(高LET)であるBNCT照射中の細胞の修復の影響は、低LETの$$^{60}$$Coガンマ線に比べて、低減されることが示唆された。本研究で開発したモデルは、BNCTにおける放射線感受性の予測に役立つことが期待できる。

論文

Low-dose radiation risk and individual variation in radiation sensitivity in Fukushima

福永 久典*; 横谷 明徳

Journal of Radiation Research, 57(1), p.98 - 100, 2016/01

 被引用回数:8 パーセンタイル:85.8(Biology)

After the Fukushima Nuclear Power Plant accident in 2011 March, radiation doses have been measured for the residents by personal dosimeters and whole-body counters. In the current dose range, the potential radiation-induced risk could be small at the population level, however, should not be ignored. As suggested by NASA's reports on astronauts, the radiation sensitivity substantially varies depending on the individual genetic background. From the viewpoint of precision medicine, we note a possible issue: there might be the residents, including young children, with greater than average sensitivity because of their genetic background. Patients with DNA-damage-response defective disorders and the heterozygous carriers can be associated with the sensitivity as well as with cancer predisposition. We hereby propose that additional medical checkups for cancer, such as ultrasonography, gastrointestinal endoscopy, measurements of tumor markers in blood and urine, and genetic testing, should be combined in a balanced fashion to minimize their potential cancer risk in the future.

口頭

中性子照射中の細胞内ホウ素濃度とDNA修復効果を考慮したBNCT治療効果予測モデルの開発

松谷 悠佑; 大村 素子*; 福永 久典*

no journal, , 

ホウ素中性子捕捉療法(BNCT)では、中性子とホウ素$$^{10}$$Bの核反応から発生する$$alpha$$線やLiイオンを腫瘍に照射する。加速器型中性子線源の開発によるBNCTの普及が期待される一方、ホウ素製剤$$^{10}$$B-BPAの静脈注射投与に伴い細胞内$$^{10}$$B濃度が経時的に変化することや、加速器型BNCTの30分間以上にわたる比較的長い照射時間中に生じるDNA修復に関する影響の定量的な検討が不十分であった。そこで本研究では、細胞内$$^{10}$$B濃度変化とDNA修復効果を考慮した治療効果予測モデルを新たに開発し、これを活用して細胞生存率の詳細な解析を行った。ここで、開発したモデルにおいては、$$^{10}$$B濃度に依存する微視的線量付与(物理特性)、及び照射中のDNA損傷の修復ダイナミクス(生物過程)を考慮している。このモデルを活用した解析により、光子照射を利用する治療法よりも微視的なエネルギー付与密度が高いBNCTの場合、照射中のDNA修復効果の重要性が下がるものの、高線量照射時の腫瘍制御の低下は無視できないことも示唆された。今後、より高精度なモデル開発のために、放射線生物学的データのさらなる蓄積が望まれる。

口頭

ホウ素中性子捕捉療法(BNCT)におけるホウ素線量の細胞周期依存性

福永 久典*; 松谷 悠佑; 谷内 淑恵*; 伊達 広行*

no journal, , 

ホウ素中性子捕捉療法(BNCT)は、熱中性子とホウ素の核反応から生じる$$alpha$$線やLiイオンにより腫瘍細胞に線量を集中させる放射線療法であるが、加速器型中性子線源の開発と保健収載により、今後に多くの医療機関への普及が期待されている。この加速器型BNCTでは、静脈注射によりホウ素製剤であるBPAを投与して腫瘍細胞に取り込ませるため、BPAの取り込みが細胞レベルで空間的に不均一に変化すると予想される。しかしながら、細胞間のBPA濃度のばらつきが治療効果へ与える影響は依然として不明な状況にある。本研究では、腫瘍細胞内への不均一な取り込み分布(細胞周期依存性)を固体飛跡検出器であるCR-39を用いて測定した。その結果、BPA投与細胞群における単位面積当たり反応数は、S/G$$_{2}$$/M期の細胞においてG$$_{1}$$/S期の細胞と比較して約20%増加していた。本成果より、腫瘍細胞内のBPA濃度およびホウ素線量には細胞周期依存性が認められ、細胞間でのBPA濃度のばらつきがBNCT細胞殺傷効果に影響を及ぼす可能性が示唆された。

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