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論文

Depth distributions of RBE-weighted dose and photon-isoeffective dose for boron neutron capture therapy

佐藤 達彦; 増永 慎一郎*; 熊田 博明*; 浜田 信行*

Radiation Protection Dosimetry, 183(1-2), p.247 - 250, 2019/05

 被引用回数:6 パーセンタイル:81.33(Environmental Sciences)

粒子・重イオン輸送計算コードの放射線生物学への応用として、我々は、様々な放射線治療の治療効果を推定する確率論的マイクロドジメトリック運動学(SMK)モデルを開発している。本研究では、ホウ素・中性子捕捉療法の治療効果推定にSMKモデルを利用可能とするため、ホウ素薬剤の細胞内・細胞間不均一性及び線量率効果を考慮できるようモデルを改良した。改良したモデルは、過去において実施したホウ素薬剤を投与したマウスに中性子ビームを照射した動物実験結果を用いて検証した。発表では、改良したSMKモデル及び検証結果の詳細を報告する。

論文

Microdosimetric modeling of biological effectiveness for boron neutron capture therapy considering intra- and intercellular heterogeneity in $$^{10}$$B distribution

佐藤 達彦; 増永 慎一郎*; 熊田 博明*; 浜田 信行*

Scientific Reports (Internet), 8(1), p.988_1 - 988_14, 2018/01

 被引用回数:24 パーセンタイル:92.5(Multidisciplinary Sciences)

ホウ素中性子捕捉療法(BNCT)の治療効果は、使用するホウ素薬剤の細胞核内外における不均一性に依存する。本研究では、その不均一性を考慮したマイクロドジメトリ解析に基づく新たなBNCT治療効果推定モデルを提案する。モデルは、過去に重粒子線治療に対して提案したSMK(Stochastic Microdosimetric Kinetic)モデルを改良したものであり、粒子・重イオン輸送計算コードPHITSを用いて計算した細胞核レベルの吸収線量分布から治療効果を推定する。開発したモデルは、従来利用されてきた2つのホウ素薬剤による治療効果の違いを的確に表現可能であり、将来のBNCT治療計画の高度化のみならず、創薬研究においても重要な役割を果たすことが期待できる。

論文

Evaluation of SCCVII tumor cell survival in clamped and non-clamped solid tumors exposed to carbon-ion beams in comparison to X-rays

平山 亮一*; 鵜澤 玲子*; 高瀬 信宏*; 松本 孔貴*; 野口 実穂; 幸田 華奈*; 尾崎 匡邦*; 山下 慶*; Li, H.*; 加瀬 優紀*; et al.

Mutation Research; Genetic Toxicology And Environmental Mutagenesis, 756(1-2), p.146 - 151, 2013/08

 被引用回数:19 パーセンタイル:60.07(Biotechnology & Applied Microbiology)

The aim of this study was to measure the RBE (relative biological effectiveness) and OER (oxygen enhancement ratio) for survival of cells within implanted solid tumors following exposure to 290 MeV/nucleon carbon-ion beams or X-rays. Squamous cell carcinoma cells (SCCVII) were transplanted into the right hindlegs of syngeneic C3H male mice. Irradiation with either carbon-ion beams with a 6-cm spread-out Bragg peak (SOBP, at 46 and 80 keV/$$mu$$m) or X-rays was delivered to 5-mm or less diameter tumors. We defined three different oxygen statuses of the irradiated cells. Hypoxic and normoxic conditions in tumors were produced by clamping or not clamping the leg to avoid blood flow. The RBE values increased with increasing LET in SOBP beams. The OER values of carbon-ion irradiated samples were small in comparison to those of X-ray irradiated samples. However, no significant changes of the OER at proximal and distal positions within the SOBP carbon-ion beams were observed. To conclude, we found that the RBE values for cell survival increased with increasing LET and that the OER values changed little with increasing LET within the SOBP carbon-ion beams.

論文

Recent advances in the biology of heavy-ion cancer therapy

浜田 信行*; 今岡 達彦*; 増永 慎一郎*; 尾方 俊至*; 岡安 隆一*; 高橋 昭久*; 加藤 宝光*; 小林 泰彦; 大西 武雄*; 小野 公二*; et al.

Journal of Radiation Research, 51(4), p.365 - 383, 2010/07

 被引用回数:102 パーセンタイル:91.64(Biology)

Superb biological effectiveness and dose conformity represent a rationale for heavy-ion therapy, which has thus far achieved good cancer controllability while sparing critical normal organs. Immediately after irradiation, heavy ions produce dense ionization along their trajectories, cause irreparable clustered DNA damage, and alter cellular ultrastructure. These ions, as a consequence, inactivate cells more effectively with less cell-cycle and oxygen dependence than conventional photons. The modes of heavy ion-induced cell death/inactivation include apoptosis, necrosis, autophagy, premature senescence, accelerated differentiation, delayed reproductive death of progeny cells, and bystander cell death. This paper briefly reviews the current knowledge of the biological aspects of heavy-ion therapy, with emphasis on the authors' recent findings. The topics include (1) repair mechanisms of heavy ion-induced DNA damage, (2) superior effects of heavy ions on radioresistant tumor cells (intratumor quiescent cell population, TP53-mutated and BCL2-overexpressing tumors), (3) novel capacity of heavy ions in suppressing cancer metastasis and neoangiogenesis, and (4) potential of heavy ions to induce secondary (especially breast) cancer.

口頭

細胞内・細胞間の薬剤不均一性を考慮したBNCT治療効果推定モデルの開発

佐藤 達彦; 増永 慎一郎*; 熊田 博明*; 浜田 信行*

no journal, , 

ホウ素中性子捕捉療法(BNCT)の治療効果は、同じ吸収線量でも薬剤の種類や濃度によって異なることが知られている。本研究では、これまで重粒子線治療用に開発してきた治療効果推定モデルStochastic Microdosimetric Kinetic (SMK)モデルをBNCTにも適用できるように改良し、細胞内や細胞間での薬剤濃度の不均一性を考慮して治療効果を推定する新たな計算モデルを開発した。また、開発したモデルを担がんマウス実験結果を用いて検証し、従来利用されてきた2つのホウ素薬剤による治療効果の違いが薬剤濃度の不均一性により的確に表現可能であることを明らかにした。モデルは、将来のBNCT治療計画の高度化のみならず、創薬研究においても重要な役割を果たすことが期待できる。

口頭

Macro- and microdosimetry for BNCT based on PHITS

佐藤 達彦; 増永 慎一郎*; 高田 健太*; 熊田 博明*; 浜田 信行*

no journal, , 

ホウ素中性子捕捉療法(BNCT)の治療計画では、4つの線量成分(ボロン, 窒素, 水素, 光子)に対して、これらの物理的な吸収線量のみならず生物学的効果を考慮した光子等価線量を計算する必要がある。原子力機構が中心となって開発しているモンテカルロ計算コードPHITSは、マクロな体系内における放射線挙動を解析可能なため各成分の吸収線量を計算できるのみならず、ミクロな体系内における線量付与を計算する特殊なマイクロドジメトリ機能を有するため光子等価線量も計算可能であり、BNCTの治療計画に極めて有用なツールとなる。本発表では、PHITSのマクロ及びミクロな放射線挙動解析機能について紹介するとともに、PHITSをBNCTの線量評価に応用した例について解説する。

口頭

PHITSとSMKモデルを組み合わせた加速器中性子場における光子等効果線量とRBE加重線量の評価

佐藤 達彦; 増永 慎一郎*; 高田 健太*; 熊田 博明*; 浜田 信行*

no journal, , 

BNCTの治療効果は、同じ吸収線量でも線量を与える放射線の種類や薬剤の濃度によって異なることが知られている。そこで我々は、放射線挙動解析コードPHITSとStochastic Microdosimetric Kinetic (SMK)モデルを組み合わせた新たな光子等効果線量評価手法を確立した。そして、その手法を用いて、30ppmのBPAを添加した水ファントムを筑波大学のBNCT用加速器中性子場に設置した場合の線量深度分布を計算した。その結果、光子等効果線量は、照射表面の近くでRBE加重線量より低くなるが、深部ではその関係が逆転することが分かった。発表では、BPA及びBSHを様々な濃度・分布で投与したファントム内の線量深度分布を紹介し、光子等効果線量とRBE加重線量の違いについて考察する。

口頭

基準放射線の選び方による光子等効果線量の変化

佐藤 達彦; 増永 慎一郎*; 高田 健太*; 熊田 博明*; 浜田 信行*

no journal, , 

X線治療との生物学的な違いを考慮してホウ素中性子捕捉療法(BNCT)の治療効果を推定する指標として新たに提案された光子等効果線量は、吸収線量と比例関係にないため、臨床現場への導入が難しい問題点が指摘されていた。これは、BNCTのような高線量1回照射の場合、$$alpha$$/$$beta$$比の小さい基準放射線の治療効果が極めて大きくなり、見かけ上の生物学的効果比が吸収線量の上昇とともに小さくなるためである。しかし、治療効果として比較するべき基準放射線の照射方法は、1回急性照射ではなく多分割照射の方が適切であると考えられる。そこで、本研究では、10%生存率を与える光子の分割照射を基準放射線として光子等効果線量を再評価した。その結果、光子等効果線量は吸収線量にほぼ比例して増加することが分かり、より実用性の高いコンセプトとなった。

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