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論文

Effect of heavy ion irradiation on optical property of radiation-crosslinked hydroxypropyl cellulose gel containing methacrylate monomers

廣木 章博; 山下 真一*; 木村 敦; 長澤 尚胤; 田口 光正

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 365(Part B), p.583 - 586, 2015/12

放射線架橋ヒドロキシプロピルセルロースゲルと2-ヒドロキシエチルメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレートなどのメタクリル酸エステルモノマーから調製したポリマーゲル線量計に150MeV/uヘリウム線、290MeV/u炭素線、500MeV/u鉄線を照射すると、透明だったゲル線量計は白くなった。照射したポリマーゲル線量計の吸光度は、10Gyまでの線量増加に伴い増加した。また、吸光度は、線量率増加に伴い低下した。線量率一定で照射サンプルの吸光度を比較すると、ヘリウム線,炭素線,鉄線の順で低下した。これは、線エネルギー付与(LET)の変化と一致した。LETの増加にともない、重合の開始剤となるOHラジカルや水和電子の濃度が低下し、白濁因子となるポリマーの生成が抑制されたためと考えられる。このように、ポリマーゲル線量計は、線量,線量率やLETに依存した白濁化を示すことが分かった。

論文

Development of the radial dose distribution function relevant to the treatment planning system for heavy particle cancer therapy

森林 健悟

Physica Scripta, 90(5), p.054013_1 - 054013_5, 2015/05

 被引用回数:5 パーセンタイル:50.64(Physics, Multidisciplinary)

Radial dose has been employed in the treatment planning system for heavy particle cancer therapy in order to estimate the cell survival after the exposure to a heavy particle. The two models for radial dose distributions have been available. However, both of these models have very roughly treated the region near the trajectory of an incident heavy particle, although this region is very important to estimate RBE. The rapid progress of computers allow us to simulate the physical phenomena in detail and to obtain radial dose distributions closer to reality near the trajectory of an incident ion. We may succeed to the point that our model sufficiently reproduces the trend allowing us to select the better one between the two conventional models according to ion energies automatically. In future, we expect that further rapid progress of computers lead us to analyze them in more detail.

論文

LET dependency of human normal dermal cells survival in carbon ion irradiation

吉田 由香里*; 溝端 健亮*; 松村 彰彦*; 磯野 真由*; 八高 知子*; 中野 隆史*; 舟山 知夫; 小林 泰彦; 金井 達明*

JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 81, 2015/03

日本の炭素線治療において臨床線量を決定するために用いられているclinical RBE (cRBE)はexperimental RBE (eRBE)にscaling factorをかけたものである。eRBEはhuman salivary gland(HSG)細胞を用いたコロニー形成法によりlinear-quadratic(LQ)モデルで得られた$$alpha$$値および$$beta$$値から求められた各LETにおけるRBEが採用されており、これが全ての患者(すなわちすべての細胞および組織)における炭素線治療計画に反映されている。しかしながら、RBEは線量,線量率,細胞や組織の種類、エンドポイント、酸素化の程度などにより異なる。そこで、群馬大学重粒子線照射施設(GHMC)のLET 13$$sim$$80keV/$$mu$$m、および原子力機構TIARAのLET 108$$sim$$158keV/$$mu$$mの炭素線を用い、その線量分布を評価すると共に、ヒト正常皮膚細胞への照射を行い、得られたRBE値について過去のHSG細胞の結果と比較・解析した。

論文

Epigenetic modifier as a potential radiosensitizer for heavy-ion therapy on malignancy, 2

斎藤 克代*; 舟山 知夫; 小林 泰彦; 村上 孝*

JAEA-Review 2014-050, JAEA Takasaki Annual Report 2013, P. 83, 2015/03

エピジェネティック分子標的薬は、DNAに記された遺伝暗号(塩基配列)自体は変化させないが、DNAや付随するヒストン蛋白の修飾を後天的に変化させることができる。これらの薬剤は、遺伝子異常が蓄積しているがん細胞を狙って作用するために、がん選択的な治療効果を高めることが可能である。そこで本研究では、エピジェネティック分子標的薬と重粒子線の併用が、悪性黒色腫細胞に与える影響を調べた。マウス悪性黒色腫細胞株B16F10にエピジェネティック分子標的薬を投与した後、原子力機構・TIARAにおいて炭素イオンビームで照射した。照射した細胞の生存率をコロニー形成法で評価した結果、代表的なヒストン脱アセチル化酵素阻害剤であるトリコスタチンA(TSA)で処理した試料において、TSAと重粒子線の併用が、B16F10のコロニー形成能を抑制することが明らかになった。

論文

Increase in cell motility by carbon ion irradiation via the Rho signaling pathway and its inhibition by the ROCK inhibitor Y-27632 in lung adenocarcinoma A549 cells

村田 和俊*; 野田 真永*; 尾池 貴洋*; 高橋 昭久*; 吉田 由香里*; 鈴木 義行*; 大野 達也*; 舟山 知夫; 小林 泰彦; 高橋 健夫*; et al.

Journal of Radiation Research, 55(4), p.658 - 664, 2014/07

 被引用回数:12 パーセンタイル:41.15(Biology)

ヒト肺がん細胞A549株のRhoシグナル伝達経路を介した遊走能に対し、炭素線照射が及ぼす影響を解析した。照射48時間経過後、炭素線照射したA549細胞の遊走能は大きくなり、遊走突起の形成も増加した。この遊走能の炭素線照射による増加は、X線照射後のそれと類似していた。ウェスタンブロット解析の結果は、照射した細胞がP-MLC2-S19タンパク質発現を増加させている一方で、MLC2タンパク質ファミリー全体の発現量に変化がないことを示した。ROCKタンパク質阻害剤であるY-27632の細胞への投与は、このP-MLC2-S19タンパク質の発現増加を抑制し、遊走能を低下させた。これらの結果より、ヒト肺がん細胞A549細胞への炭素線照射は、細胞遊走能をRhoシグナル伝達経路経由で増加させており、それはROCKタンパク質阻害剤で抑制されることが明らかとなった。

論文

Role of excited states of Li ions in the stopping power of molecular hydrogen

森林 健悟

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.7, p.150 - 153, 2006/00

重粒子線のBragg Peak付近の領域で重要な原子分子過程に関して研究を行った。この領域では、陽子線や$$alpha$$線で見られるようにイオン衝突電離過程のほかに電荷移行過程,電子損失過程が重要になることが予測できるが、多くの評価済みデータが存在する水素原子,水素分子標的の断面積の原子番号(Z)依存性を調べ、各過程の断面積をZの式で表し、その傾向から重粒子線と水との衝突断面積を近似した。さらに、リチウム粒子線に関して、これらの衝突断面積とリチウムイオン・原子の基底・励起状態のエネルギーレベル,自動イオン化率,輻射遷移確率の原子データを計算し、核散乱を無視したモデルに適用させて、各原子過程のエネルギー付与への寄与を求めた。その結果、Bragg Peakのところ(約300keV/amu)では、90%程度電離過程がエネルギー付与に寄与しているが、100keV/amuのところでは、電荷移行と電子損失の寄与が10数%ずつあり、電離過程の寄与は70%程度であった。さらに、50keV/amuのところでは、電荷移行,電子損失,電離の寄与はそれぞれ約50%, 25%, 25%、10keV/amuでは、3つの過程の寄与は、35%, 25%, 40%となり低エネルギーでは、すべての原子分子過程が重要になることがわかった。

論文

原研・高崎研の重イオンマイクロビームの現状

小林 泰彦; 舟山 知夫; 和田 成一; 坂下 哲哉; 柿崎 竹彦; 浜田 信行*; 横田 裕一郎; 古澤 佳也*

KEK Proceedings 2005-5, p.6 - 8, 2005/10

環境ラドン被曝や銀河宇宙線など極低フルエンス率の高LET重イオンによる生物影響を明らかにするためには、マイクロビームを用いた細胞照射実験が有効な手段となる。そこで、原研・高崎研では、個別の培養細胞に照準して正確な個数の重イオンを照射し、その影響を経時的に観察する実験システムを開発している。今回、照射前に試料を自動スキャンして細胞を検出するオフライン顕微鏡及び取得した座標データに従ってビーム位置に標的細胞を移動するオンライン顕微鏡の各々の試料ステージを更新し、従来は$$pm$$10$$mu$$m以上の誤差があった試料移動の位置再現精度が$$pm$$1$$mu$$mに向上した。これによって、多数の標的細胞を次々に自動照準して連続的にシングルイオン照射することが可能になった。併せて、最近の細胞照射実験の結果についても報告する。

論文

Microbeams of heavy charged particles

小林 泰彦; 舟山 知夫; 和田 成一; 古澤 佳也*; 青木 瑞穂*; Shao, C.*; 横田 裕一郎; 坂下 哲哉; 松本 孔貴*; 柿崎 竹彦; et al.

宇宙生物科学, 18(4), p.235 - 240, 2004/12

銀河宇宙線のように、低フルエンス・低フルエンス率の高LET重イオン(粒子線)による生物影響を明らかにするためには、マイクロビームを用いた細胞照射実験が有効な手段となる。そこで、高エネルギー重イオンマイクロビームを顕微鏡観察下の生物試料に照射するために原研・高崎研・バイオ技術研究室で開発した細胞局部照射装置を用いて、哺乳動物培養細胞を個別に重イオンで照射・観察する実験系を開発した。標的細胞を貫通したイオンのエネルギーと個数をシンチレータ/フォトマルを用いて測定することによって、重イオンを1個ずつカウントしながら正確に照射することが可能となった。さらに、CR-39を直ちに37$$^{circ}$$Cでエッチングして各標的細胞における実際のイオン飛跡を可視化すると同時に、その飛跡が可視化されたCR-39上で細胞の照射後培養と観察を継続する方法を確立した。国内外の重粒子線のマイクロビーム開発の歴史を概観し、細胞核へのシングルイオンヒット効果やバイスタンダー効果に関する最近の研究成果をレビューする。

論文

マイクロビームによる細胞局部照射の試み; 紫外線から重粒子線まで

小林 泰彦

放射線生物研究, 37(1), p.67 - 84, 2002/03

マイクロビームによる局部照射は、放射線の生物作用研究のための新しいツールとして極めて有望である。原研・高崎研では、銀河宇宙線のような極低フルエンス高LET重粒子線の生物影響の解明、特にトラック構造の局所的エネルギー付与分布による影響をダイレクトに解析することを目指して、サイクロトロンから得られる比較的高エネルギーの重イオンを用いたマイクロビーム細胞照射実験系の開発に取り組んでおり、最近、ArイオンやNeイオンによるCHO-K1細胞の核への照射実験を開始した。マイクロビームによる細胞局部照射実験について、過去の数々の試みの歴史を紹介するとともに、特に粒子線マイクロビームを用いた最新の研究状況について述べる。

論文

Properties of TNF-1 track etch detector

小倉 紘一*; 浅野 雅春; 安田 仲宏*; 吉田 勝

Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 185(1-4), p.222 - 227, 2001/12

 被引用回数:28 パーセンタイル:11.69(Instruments & Instrumentation)

放射線感受性の高い素材の開発を進めているが、ジエチレングリコール・ビス・アリルカーボネート(CR-39)に感温材料で知られているN-イソプロピルアクリルアミド(NIPAAm)を少量添加した共重合体(TNF-1)がLETで10keV/$$mu$$mの粒子を検出できることがわかった。また、このTNF-1は27MeVのプロトンも検出できた。このようなTNF-1はCR-39/NIPAAm(99/1)中に0.01%の酸化防止剤(ナウガード)を添加し、70$$^{circ}C$$で24h反応させて作製した。得られたTNF-1は透明な1mm厚さのプラスチック板であった。この論文では、このTNF-1を用いて宇宙線測定,中性子測定そして重粒子線による癌治療時のモニタリングなどのドシメトリーについて検討し、従来素材のCR-39(TD-1)と比較した。

口頭

重粒子線照射による標的分子の運動

森林 健悟

no journal, , 

電場による脳腫瘍の治療の臨床実験が行われたが、その治療のメカニズムとして電場が細胞中の極性分子を活発に運動させるためと考えられている。そこで、重粒子線照射で強い電場が生じることを以前のシミュレーション研究で明らかにしたが、この電場も極性分子に影響与える可能性があると考え、極性分子の運動の研究を行うことにした。最初の研究として、極性分子のうち細胞中に最も多い水分子を取り扱い、重粒子線照射で生じる水分子イオンのクーロン爆発及び水分子イオンが作りだす電場による中性分子の回転、並進運動のシミュレーションを行った。その結果、イオンの運動では、照射後100フェムト秒程度で移動をはじめ、電場は重粒子線の軌道付近では減少させるが、軌道から1nm以上離れた場所では、変化しないことがわかった。また、中性の水分子は重粒子線の軌道方向に運動すること及び軌道付近において中性の水分子の密度が増加することもわかった。すなわち、重粒子線で生じる電場は、極性分子に大きな影響を与える可能性があることを明らかにした。

口頭

Atomic collision physics relevant to the treatment planning system for heavy particle cancer therapy; Radial dose simulations

森林 健悟

no journal, , 

Radial dose has been employed in the treatment planning system for heavy particle cancer therapy in order to estimate the cell survival after the exposure to a heavy particle. The two models for radial dose have been available. However, both of these two models have very roughly treated the region near the trajectory of an incident heavy particle, although this region is very important to estimate the biological effect. There are no studies involving the detailed examination of the physical phenomena that occur near the trajectory of an incident ion before ours. The progresses of atomic collision physics and computers allow us to obtain radial dose closer to reality. We may succeed to the point that our model sufficiently reproduces the trend allowing us to select the better one between the two conventional models according to incident ion energies automatically. We think that our simulation model is the only way to analyze physical phenomena near the trajectory of an incident ion in detail at present.

口頭

Projectile charge effect on radial dose due to the irradiation of a heavy particle

森林 健悟

no journal, , 

Radial dose has been employed in the treatment planning system for heavy particle cancer therapy in order to estimate the cell survival after the exposure to a heavy particle. However, there are no studies involving the detailed examination of the physical phenomena that occur near the trajectory of a heavy particle before ours. Here, we study the projectile charge ($$q$$) effect on radial dose. For $$E_{hp}$$ = 3 MeV/u, we may be able to treat only $$q$$ = 6 for the simulation of radial dose because the mean projectile charge state ($$q_{mean}$$) is about 5.8, where $$E_{hp}$$ is the energy of a heavy particle. However, $$q_{mean}$$ becomes about 5.0 at $$E_{hp}$$ = 1 MeV/u, then, we must consider $$q$$ effect. We will show the radial dose of heavy particles with $$E_{hp}$$ = 1 and 2 MeV/u using $$q_{mean}$$ in this presentation.

口頭

放射線によるクラスターDNA損傷のシミュレーション計算

渡辺 立子

no journal, , 

放射線の線質やエネルギーの違いは生物学的効果の度合いに大きく影響するが、これはエネルギー付与分布の微細構造の違いによって生じるDNA損傷の生成量や形態の違いが主な原因だと考えられている。特に、高密度の電離が生じると、クラスター損傷と呼ばれる複雑で修復されにくい損傷が形成されやすく、重篤な影響を招くと考えられている。しかし、損傷の実態自体に加え、どのような損傷形態がどの程度の生物影響をもたらすのかについては、明らかでない点が多い。我々は、エネルギー付与の構造とDNA損傷スペクトル(損傷数および損傷間の位置関係)との関係を明らかにすることは、生物影響上重要なDNA損傷を特定し、様々な条件下での放射線影響を予測するために必要であると考えている。そこで、電子線や重粒子線のトラックの微細構造、細胞中でのDNA損傷の生成メカニズムのモデルに基づいて、異なる線量や放射線種によるエネルギー付与の微視的な分布の違いとDNA損傷との関係を調べている。講演では、放射線のトラック構造に基づくDNA損傷生成過程のモデルとシミュレーションの手法、放射線影響の初期過程においてDNA損傷スペクトルを決定付けると考えられる因子について紹介する。

口頭

放射線橋かけ技術を用いて作製したポリマーゲル線量計; 重粒子線に対する応答性を吸光度及び画像データから評価する

廣木 章博; 山下 真一*; 田口 光正; 村上 健*

no journal, , 

放射線橋かけ技術により作製したヒドロキシプロピルセルロースゲル母材とモノマー水溶液(2-ヒドロキシエチルメタクリレート, ノナエチレングリコールジメタクリレート, テトラキスヒドロキシメチルホスホニウムクロリド)から成るポリマーゲル線量計を作製し、$$gamma$$線照射による白濁化挙動を報告してきた。本研究では、作製したポリマーゲル線量計に放射線医学総合研究所のHIMACを利用して炭素(290MeV/u)を照射し、その白濁化挙動を吸光度及びスキャン画像データから評価した。水を満たした容器中に炭素線と直交するように配置して照射したサンプルの吸光度は、ブラッグピーク(水中14.9cm)付近で極大を示した。線量率を0.4から6.7Gy/minの範囲で照射した結果、線量率の増加に伴い吸光度は減少した。これは、線量率増加にともない低分子量ポリマーが生成し、散乱光強度が低下したためと考えられる。また、炭素線と平行に配置して照射したサンプルの画像データをフラットスキャナにより取得した。得られたRGB値から吸光度を算出した結果、ブラッグピーク付近で吸光度は極大を示した。このように重粒子線に対するポリマーゲル線量計の白濁度合い、及び2次元の線量分布を簡便に評価できることが分かった。

口頭

Dose response of polymer gel dosimeter based on hydroxypropyl cellulose hydrogel; Toward the application on heavy ion therapy

廣木 章博; 山下 真一*; 木村 敦; 長澤 尚胤; 田口 光正

no journal, , 

作製したポリマーゲル線量計(2-ヒドロキシエチルメタクリレート、ノナエチレングリコールジメタクリレート、テトラキスヒドロキシメチルホスホニウムクロリド、放射線架橋ヒドロキシプロピルセルロースゲルから成るゲル材料)に290MeV/uの炭素線を照射した結果、ゲル材料の吸光度(紫外可視分光光度計で測定した値)は、10Gyまでの線量増加に伴い増加した。線量に対する吸光度の増分は、約0.007Abs./Gyを示し、$$gamma$$線照射と比較して1/10程度であった。フラットスキャナを用いて得た画像のRGB値も線量増加に伴い増加することが分かった。RGB値から見積もった線量の分布は、放射線治療で用いられている一般的なガフクロミックフィルムの線量分布とほぼ一致した。したがって、作製したポリマーゲル線量計は、重粒子線治療での線量評価に応用可能であることが示唆された。

口頭

P53-dependent cell-killing effect via bystander effect using carbon-ion microbeams simulating the spot scanning system with pencil beams at HIMAC

鈴木 雅雄*; 舟山 知夫; 横田 裕一郎; 鈴木 芳代; 池田 裕子; 坂下 哲哉; 小林 泰彦; 村上 健*

no journal, , 

野生型あるは変異型のp53遺伝子をもつ各4種類の細胞株について、原子力機構高崎量子応用研究所のコリメーション式重イオンマイクロビームをもちいた照射実験を実施した。細胞集団全体の0.04%の細胞をマイクロビーム照射したところ、野生型p53遺伝子を持つ細胞株では90%に生存率が低下し、バイスタンダー効果の存在が示唆された一方、変異型p53遺伝子を持つ細胞株における生存率はほぼ100%を示し、バイスタンダー効果が誘導されないことが明らかになった。この結果は、放射線医学総合研究所HIMACにおける部分遮蔽照射実験で得られた結果と合致した。この結果は、炭素線スキャニング照射治療において、p53野生型がん細胞への細胞致死効果がギャップ結合経由のバイスタンダー効果で増刊される可能性を示唆する。

口頭

Increase in cell motility by carbon ion irradiation via the Rho signaling pathway and its inhibition by the ROCK inhibitor Y-27632

村田 和俊*; 野田 真永*; 尾池 貴洋*; 高橋 昭久*; 吉田 由香里*; 鈴木 義行*; 大野 達也*; 舟山 知夫; 小林 泰彦; 高橋 健夫*; et al.

no journal, , 

本研究では、Rho情報伝達経路を介したヒト肺がん細胞A549株の細胞遊走能に炭素イオン照射が及ぼす影響を明らかにすることを研究の目的とした。細胞遊走能の定量はwound-healingアッセイを、細胞表面突起の形成の評価はFアクチン染色を用いた。細胞生存率はWST-1アッセイを用いて定量し、MLC2タンパク質の発現量および同タンパクセリン19残基のリン酸化量の定量にはウエスタンハイブリダイゼーション法を用いた。炭素イオン照射したA549細胞における照射効果をこれらの方法で解析した結果、炭素イオン照射が、A549細胞の遊走能をRho情報伝達経路を介して増加させる一方で、Rho結合キナーゼ阻害剤によりその照射効果が抑制されることが明らかになった。

口頭

Epigenetic modification potentially sensitizes heavy-ion therapy for malignancy

斎藤 克代*; 舟山 知夫; 小林 泰彦; 村上 孝*

no journal, , 

悪性黒色腫はがんの中でも最も致死性が高い難治性がんの一つであり、化学療法のみならず放射線療法に対しても高い抵抗性を示す。一方で、エピジェネティックな分子標的薬は、遺伝子発現の異常が蓄積しているがん細胞を狙って作用するために、がん選択的な治療効果を高めることができ、高LETの重粒子線は強い抗腫瘍効果が期待できる。そこで本研究では、エピジェネティックな分子標的薬であるヒストン脱アセチル化酵素阻害剤(HDACi)と重粒子線の併用が、悪性黒色腫細胞株に与える影響を、コロニー形成能、細胞増殖能、アポトーシス、細胞周期について検討した。マウス悪性黒色腫細胞株B16F10を複数のHDACiにそれぞれ曝露し、16.5時間後に重粒子線を照射した。コロニーは、照射9($$pm$$1)日後にホルマリン固定して染色し、計数した。細胞増殖能, アポトーシス, 細胞周期は、照射36時間後まで経時的に調べた。その結果、HDACiと重粒子線の併用は、悪性黒色腫細胞株B16F10に対して抗腫瘍効果を示した。その効果の程度は投与薬剤によって異なるものの、相乗的な作用が期待できるものが含まれる。

口頭

重粒子線照射での二次電子の放出角度と動径線量の関係

森林 健悟

no journal, , 

重粒子線の動径線量分布は重粒子線癌治療の治療計画に使用されているが、細胞の致死率で重要な領域である重粒子線の軌道付近は不確かである。そこで、この領域において、この分布を現実に近づけるため、動径線量シミュレーションモデルの開発を行っている。本講演では、二次電子の放出角度の動径線量への影響のシミュレー ション研究の成果を報告する。二次電子のエネルギーが小さいときは、放出角度の動径線量への影響はほとんど見られないが、二次電子のエネルギーが70eVより大きくなると、重粒子線の軌道付近の動径線量に大きな影響を与え、放出角度分布が無視できなくなることがわかった。

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