National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
National Institute of Radiological Science: NIRS-Repository / 放射線医学総合研究所 学術機関リポジトリNot a member yet
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The Reversible Neurotoxic Effects of Methylmercury on the Dorsal Root Ganglion: Temporal Dynamics in Rats
No full textMethylmercury (MeHg) is a well-known environmental neurotoxicant that preferentially affects sensory neurons in the peripheral nervous system. While sensory-dominant neuropathy has long been described in Minamata disease, the temporal dynamics of dorsal root ganglion (DRG) injury and recovery remain incompletely understood. In this study, Wistar rats were exposed to MeHg for five consecutive days, followed by a two-day treatment-free period; this regimen was repeated once. The DRG and peripheral sensory fibers were analyzed up to 70 days after exposure. Histological and immunohistochemical analyses, DNA microarrays, and mercury quantification and distribution mapping were performed. The A-fiber density was significantly reduced at Day 14 but recovered by Day 70, whereas C-fibers showed no significant change. The total number of DRG neurons remained stable. Immunohistochemical analyses demonstrated that subtype marker-selected neurons (NF, TrkA, FAM19A1, TAC1, SST) decreased at Day 14 and gradually recovered thereafter. DNA microarray analysis at Day 14 revealed a broad downregulation of DRG neuronal subtype marker genes. The mercury concentration in the DRG peaked at Day 14 and declined to the control level by Day 70, with in situ imaging confirming preferential accumulation in DRG neurons. These data suggest that the short-term MeHg exposure caused a transient functional suppression of DRG neurons without widespread neuronal loss. The selective and reversible downregulation of neuronal phenotypes, coupled with preferential Hg accumulation in DRG neurons, underlies the sensory-dominant and potentially reversible features of MeHg neurotoxicity.journal articl
ウラン投与ラット大腿骨におけるウラン分布動態
No full text目的】骨は体内に取り込まれた内部被ばく核種が沈着・長期残存する器官と見積もられており、骨における核種動態情報は内部被ばく線量・リスク評価の精緻化に重要である。我々は放射光マイクロビームを利用した蛍光X線分析（SR-μXRF）によりラット大腿骨におけるウラン分布解析に取り組んでいる[1]。これまで、ウラン投与1週間後までの初期（1-8日）において大腿骨成長端や骨梁部、骨幹部でウランの蓄積を確認している[2]。本研究では、一旦骨に取り込まれたウランの分布動態を明らかにするため、ウラン投与3-6週間後（22-43日）の観察群についてSR-μXRFによるウラン詳細イメージングを試みた。【方法】酢酸ウラニルを生理食塩水に溶解し、ラット（Wistar系 雄性 10週齢）に0.5 mg/kgの割合で背部皮下に1回投与した。投与後22および43日目にラットを解剖し大腿骨を摘出した。対照ラットには生理食塩水を投与した。大腿骨から凍結切片を作製し、特殊粘着フィルムに付着させ[3, 4]、SR-μXRF測定試料とした。隣接切片は構造把握および骨形成領域の検出のためにアルカリフォスファターゼ染色を行った。SR-μXRF測定は放射光施設SPring-8のビームラインBL37XUで行った。1 μm × 1 μmのビームを使用し、2 - 10 μmの空間分解能でイメージングを行った。ウランおよび内因性鉄と亜鉛の定量には骨組織用に改良した薄切分析標準[1]を用いた。【結果と考察】ウラン投与後1日目においては成長端領域の類骨部から1 mm程度の領域にウランは多く分布していたが[2]、投与後22日目では類骨部から2.5 mmより下流領域でウランの蓄積が認められた。投与後43日目ではウランの蓄積部は類骨部から3.7 mm程度下流領域であった。成長端領域での骨形成に伴い、ウラン蓄積部が下流に移動したものと考えられた。いずれもウラン局在部のウラン濃度は数百μg/g程度であった。一方、骨幹部においてはウラン投与後1日目ではウランは骨の極表層部に局在していたが[2]、経時的に骨内部にウラン局在部が移動した。骨幹部の骨髄との境界部は骨形成の指標となるアルカリフォスファターゼ陽性領域であることから、骨髄側からの骨形成に伴いウランが骨内部に移行したと考えられた。骨幹部のウラン局在量についても、投与後43日目においても数百μg/g程度あった。これらの結果から、骨に取り込まれたウランは投与後6週間の時点では代謝されることなく、局在量レベルを保ったまま骨形成に伴って移動するものと考えられた。内因性の鉄や亜鉛分布との関連についても合わせて報告する。文献[1] Y. Kato et al., Microchem. J. 207 (2024) 112278.[2] S. Homma-Takeda et al., Fundam. Toxicol. Sci. 11(Suppl) (2024) 81.[3] Y. Kato et al., Nucl. Instr. Meth. B 555 (2024) 165473.[4] H. Yakumaru et al., Nucl. Instr. Meth. B 553 (2024) 165386.conference pape
Detection of trace elements in bone tissues by high energy synchrotron radiation X-ray fluorescence analysis
No full text【High-energy synchrotron radiation X-ray fluorescence analysis with microbeam (SR-µXRF) is excellent for the detection of heavy metals and provides elemental imaging corresponding to the tissue microstructure, so we have been working on trace element analysis of bone tissue. In the case of bone tissue, there is a possibility that the quantitative evaluation of trace elements may include additive values from high matrix elements such as calcium and phosphorus. In this study, we prepared analytical standards[1] for quantitative analysis of iron and zinc in rat femur and investigated the effect of matrix on quantitative evaluation. The calibration curves obtained from the analytical standards showed high linearity, and the limits of quantification for iron and zinc were 1.66 μg/g and 0.56 μg/g at 10-second counting. The detection of zinc in bone tissue was not enhanced by the high-matrix component. For iron, the addition of high-matrix components was 2.29 ± 3.24% in the range of 5-500 μg/g, and the maximum addition was about 7%. These trace elements were not significantly affected by high matrix in this method. Elemental images in rat femur are also reported.References:[1] Y. Kato et al., Microchem. J. 207 (2024) 112278.conference pape
Synergistic reconstruction method for PET and Compton imaging of whole gamma imaging
No full text[Purpose] Whole gamma imaging (WG) can image both positron emitters and single-gamma emitters simultaneously by hybrid PET-Compton imaging capability. In addition, even when only one of an annihilation gamma-ray pair of a positron emitter is detected, it can be detected as a Compton event and has the potential to improve PET image quality. In this study, we develop a synergistic image reconstruction algorithm that uses Compton and PET images synergistically and investigate the possibility of improving both image quality. Especially, Compton imaging for 511 keV photons in current WGI prototypes inferior to PET due to their energy resolution. Therefore, we investigated whether it is possible to improve PET by adding inferior information of Compton imaging.[Methods] We defined an energy function describing the relationship between PET and Compton images as prior information, and we synergistically integrate it into both image reconstruction processes to obtain both PET and Compton images separately in three alternating steps. First, PET image was reconstructed using the maximum a posteriori expectation maximization (MAPEM) algorithm. Second, Compton image was reconstructed using the MAPEM algorithm. Finally, the energy function for the correlations between PET and Compton images was updated. These steps were iteratively performed. We evaluated the proposed synergistic image reconstruction method using Monte Carolo Simulation data of a WGI system and compared the reconstructed images with the OSEM algorithm.[Results] Comparison of tradeoff curves of spatial resolution and noise suggested that the proposed reconstruction method could push the limit of spatial resolution while reducing statistical noise compared with the OSEM algorithm.[Conclusion] PET image quality could be improved by adding inferior Compton imaging data in WGI for positron emitters.The 4th International Conference on Radiological Physics and Technologyconference presentatio
超偏極13C-MRIを用いたラパマイシンの抗腫瘍活性評価
No full textラパマイシンはmTORの阻害剤で癌増殖抑制や血管新生阻害など様々な効果を持つ。ラパマイシン及びその誘導体はすでに臨床で使用されているが、その多様な効果をin vivoで評価する方法が必要とされる。超偏極13C-MRIは偏極率を極端に高めた13C標識化合物を生体に投与し、13C-MRIを用いてその化合物と代謝物を計測する手法である。超偏極13C-MRIで最も多く使用されているプローブは[1-13C]ピルビン酸で、腫瘍内におけるピルビン酸から乳酸への代謝を指標として乳酸脱水素酵素（LDH）活性や抗癌治療の評価などが行われている。また近年、血管新生などに関わるアミノペプチダーゼN活性を評価するプローブ（APNプローブ、Ala-[1-13C]Gly-d2-NMe2）が報告された[1]。本研究では、これらピルビン酸とAPNプローブを用いた超偏極13C-MRIにより、扁平上皮癌（SCC）へのラパマイシンの効果を調べた。SCC細胞をマウス右足に植え、8日後（ラパマイシン治療前）と10日後（ラパマイシン治療後）に3T MRI（BioSpec Maxwell, Bruker）を用いて撮像を行った。ピルビン酸またはAPNプローブ溶液とOX063ラジカルを混ぜ、超偏極装置（SpinAligner, Polarize ApS）にセットして偏極を行った後、3.2 mLのbufferで溶出し、310 uLをマウスへ尾静脈投与した。13C-chemical shift imagingを連続で行い、得られたシグナル強度から腫瘍内のLDH活性及びAPN活性を評価した。その結果、コントロール群では8日後から10日後にかけてLDH活性及びAPN活性が優位に増加したのに対し、ラパマイシン投与群ではLDH活性が低下し、APN活性は変化がなく、腫瘍の成長に伴うLDH活性とAPN活性の増加をラパマイシンが抑制していることが示された。[1] Saito Y, Yatabe H, Tamura I, et al., Sci. Adv. 8 eabj2667 (2022)量子生命科学会 第7回大会conference poste
リラクサー強誘電体の疑似交流電場下におけるドメイン観察
No full text鉛系リラクサー強誘電体は、極めて高い圧電性能や誘電特性を示すことから、センサやアクチュエータ、超音波デバイスなどの分野において幅広く利用されている。物性発現の基礎的理解においては、結晶構造といった原子スケールの構造に加え、ナノメートルからミリメートルにわたる中間スケールの分極構造の存在が報告されており、それらが電気的・機械的特性に及ぼす影響に注目が集まっている[1]。近年では、こうした鉛系リラクサー強誘電体の機能性をさらに高める技術として、交流電場を印加して分極処理を行うACP（alternating current poling）法が注目されている[2]。ACP処理では、外部電場の繰り返し印加によってドメインの再編成が促進されることで物性向上が得られる一方、過剰なサイクル数の増加に伴って抗電界の減少、不要振動の発生、圧電定数や誘電率の低下など、機能劣化の兆候も報告されている。この現象は主にマイクロメートル～ミリメートルスケールのドメイン構造の変化と関係していると考えられているが、ACP処理中のドメインの時系列的な振る舞いや成長メカニズムに関する理解は十分に進んでいない。とくに、ACP処理中の観察による知見は限られている。第42回強誘電体会議（FMA42）conference presentatio
Synthesis of carrageenan plant growth promoter using low energy electron beam
No full textRadiation processing has long been an effective industrial tool for production of functional materials without the use of toxic initiators, offering economic, technical, and environmental advantages. In recent years, electron beam accelerators have emerged as the preferred technology for such applications, however, the acquisition cost of high energy units can be very restricting for local industries. Low energy electron beams (LE-EB) have lower unit costs, require less maintenance and are usually self-shielded, making them the more accessible technological choice. They take up modest space and can be integrated in existing processing lines. To evaluate their applicability for the production of radiation modified products, LE-EB was used to synthesize the kappa carrageenan (KC) plant growth promoter (PGP) developed by the Philippine Nuclear Research Institute, which was previously produced using gamma and mid-energy electron beam. In this study, a 250-keV self-shielded machine (Iwasaki) was used to degrade KC solutions, following their molecular weight profile through gel permeation chromatography. Results show that optimum application of dose, dose rate, concentration and solution thickness allowed for the reproduction of the active fragments of the KC-PGP, providing a proof of concept for the technical feasibility of LE-EB for this purpose. This should soon be accompanied by a more comprehensive design of feeding mechanism to enable continuous production along with a thorough financial feasibility to make the technology more accessible for industry.Third International Conference on Applications of Radiation Science and Technology (ICARST-2025),conference poste
THIN-LAYER CHROMATOGRAPHY FOR ASTATINE SOLUTIONS CONTAINING REDUCING AGENTS
No full textThin-layer chromatography (TLC) was conducted using 209,210,211At radionuclides produced by the irradiation of a stack of lead targets with a 7Li beam. Astatine chemical species were separated and identified as astatide (At－), astatate (AtO3－), perastatate (AtO4－) by TLC on silica gel with the mobile phase of ethanol/water. The TLC results exhibited distinct behaviors between the astatine solutions containing the reducing agents. The underlying mechanism is discussed.7th Asia-Pacific Symposium on Radiochemistry 2025 (APSORC25)conference poste
The conformation and dynamics of intercalated DNA and nucleosome analyzed by molecular dynamics simulation
No full textIntercalators modulate DNA structure through direct molecular interactions, influencing replication and transcription. Using molecular dynamics simulations with 18-mer DNA, we investigated binding mechanisms of SYBR Gold, YOYO-1, and DOXO (doxorubicin). Two primary intercalation patterns were observed: insertion between adjacent base pairs (RISE-type) and insertion via base-pair opening (OPEN-type). These interaction modes distinctly altered DNA contour length and stiffness. Further investigating DOXO in a nucleosome system revealed preferential binding to nucleosomal DNA , which reduced atomic contacts between DNA and histone arginine residues, potentially destabilizing nucleosome structure and facilitating histone eviction.第63回日本生物物理学会年会conference presentatio
QST放医研におけるPHITSを用いた医療放射線の被ばく線量評価と放射線防護教育ツールの開発の紹介
No full text量子科学技術研究開発機構（QST）放射線医学研究所（放医研）では医療放射線による患者や医療従事者の医療被ばく及び職業被ばくについて実態調査や線量評価を行っている。患者や医療従事者の臓器・組織の被ばく線量や実効線量を評価する際、PHITSと計算用標準人ファントム等を用いたシミュレーションを行っている。本発表ではQST放医研で取り組んできた医療放射線の被ばく線量評価に関する研究について紹介する。また、近年ではPHITSによる空間線量分布の計算結果とクロスリアリティ技術を用いた放射線防護教育のためのツール開発も行っているため、併せて本発表にて紹介する。第2回 EGS5-Geant4-PHITS合同研究会conference presentatio