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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Nuclear Excitation in Photonuclear Reactions by Photon Vortex in Astronomical System
No full textPhoton vortices are light carrying large orbital angular momentum (OAM) at the quantum level [1]. They can be described by Laguerre-Gaussian or Bessel wave functions, which are waves that are eigenstates of the orbital angular momentum along their propagation direction. Unlike plane-wave photons, photon vortices interact differently with materials because their OAM affects the way they transfer angular momentum.In gamma-ray bursts (GRBs), keV photons can become highly polarised due to strong magnetic fields. This raises the question of whether similar polarisation or angular momentum structures might occur in more extreme environments. We have studied the process by which photon vortices form when electrons undergo spiral motion in magnetic fields as strong as 1012-1013 G, using Landau quantisation. Our calculations show that such vortices are likely to be generated in environments with extremely strong fields, such as magnetars or magnetised accretion disks around black holes [2]. These results support the possibility that photon vortices are not rare, but rather abundant in high-field astrophysical systems.Photon vortices can transfer large total angular momenta to compound nuclei during interactions, which may play an important role in nucleosynthesis processes in the Universe. Liu et al [3] found that the amplitudes of low-multipole giant resonances are suppressed when a photon vortex interacts with a nucleus at relatively small impact parameters.In this paper we calculate the ratios of photon absorption transition probabilities for Bessel-type photon vortices compared to plane-wave photons [4]. Our results show that excitations of nuclear states with large total angular momentum are enhanced by optimising the divergence angle of the incident vortex in momentum space. This implies that photon vortices could selectively excite high angular momentum states. However, the average absorption cross section remains the same.[1] L. Allen, et al. Phys. Rev. A 45, 8185 (1992).[2] T. Maruyama, et al. Phys. Lett. B826. 136779 (2022).[3] Z.-W, Lu, et al., Phys. Rev. Lett. 131, 202502 (2023).[4] T. Maruyama, et al. Astro. J. 975, 51 (2024).Nuclear Photonics 2025conference presentatio
重粒子線照射がん細胞と非照射細胞間のバイスタンダー効果を介した生物効果誘導解明
No full text【目的】マルチイオンによるがん治療における基礎研究として、照射がん細胞の近傍に存在する高LET放射線成分非照射細胞への生物効果誘導を明らかにする目的で、HIMACで利用可能な炭素・ネオンイオンビームを用いて、照射したヒトがん細胞から非照射ヒト正常細胞へのギャップジャンクションを介した細胞間情報伝達機構によるバイスタンダー効果に焦点を絞った実験を実施した。【実験方法】重粒子線を照射するヒト由来がん細胞として野生型P53遺伝子を保持したヒト肺がん由来がん細胞株（A549）と変異型P53遺伝子を保持したヒトグリオブラストーマ由来がん細胞株（T98G）を用いた。また非照射正常細胞として野生型P53遺伝子を保持したヒト皮膚由来正常線維芽細胞（NB1RGB）を用いた。非照射正常細胞の致死効果としてコロニー形成法による細胞増殖死を検出した。また非致死効果としてヒトX染色体上にマップされるヒポキサンチンホスホリボシルトランスフェラーゼ(HPRT)遺伝子座を標的として、６チオグアニン耐性コロニーの出現頻度より遺伝子突然変異を計数し突然変異誘発頻度を評価した。がん細胞への炭素イオン照射は、バイナリーフィルター 144.53mm でLETが56keV/µmのビームを用いた。がん細胞へは0.1Gyの照射を行った。またネオンイオン照射は、バイナリーフィルター 0.00mm でLETが30keV/µmのビームを用いた。がん細胞へは0.1Gyの照射を行った。【結果と考察】非照射正常細胞へのバイスタンダー致死効果は、炭素イオンを照射したがん細胞とのco-cultureで明らかな誘導が観察された。その効果は、ギャップジャンクション阻害剤を併用することで消失した。バイスタンダー突然変異誘発効果も致死効果同様、コントロールに対して高い頻度を示し、ギャップジャンクション阻害剤を併用することによってコントロールレベルに復帰した。照射がん細胞のP53遺伝子ステータスは、A549が野生型で、T98Gが変異型であるが、今回得られた結果から照射されたがん細胞のP53遺伝子ステータスは､非照射正常細胞へのバイスタンダー効果誘導には影響しないことが示唆された。ネオンイオンのい場合は、照射した細胞とのco-cultureで僅かではあるが非照射正常細胞へのバイスタンダー致死効果が誘導される傾向にあり、その効果はギャップジャンクション阻害剤を併用することで消失した。一方、バイスタンダー突然変異誘発効果は、何れの照射がん細胞とのco-cultureにおいても、コントロールに対して高い頻度を示し、ギャップジャンクション阻害剤を併用することによって効果は減少した。2024年初年度で得られた実験結果は独立した照射実験回数が少ないため現段階で結論を導くことは出来ないが、プレリミナリーなデータとして、重粒子線照射されたがん細胞からギャップジャンクションを介した細胞間情報伝達機構が関与したバイスタンダー効果によって非照射正常細胞にも生物効果が誘導されることが示唆された。2024年度HIMAC共同利用研究成果発表会conference presentatio
光子線と重粒子線の抗腫瘍免疫応答の比較
No full textRadiotherapy reduces tumor size not only by inducing DNA damage and cell death but also by stimulating antitumor immune responses. While such effects have been well studied following conventional X-ray irradiation, little is known about immune activation after carbon-ion (C-ion) irradiation. This study aimed to compare the contribution of cytotoxic T lymphocytes (CTLs) to tumor control between X-ray and C-ion treatments. Using B16-OVA tumor-bearing C57BL/6 mice, we irradiated tumors with X-rays (10–20 Gy) or C-ions (5–10 Gy), with or without anti-CD8 antibody to deplete CTLs. Tumor growth curves showed faster progression in CD8-depleted mice, indicating CTL involvement in both modalities. Regression analysis comparing radiation dose and tumor growth delay revealed a greater CTL-dependent effect in C-ion–treated mice than in X-ray–treated mice. These results were reproducible in independent experiments. Our findings suggest that carbon-ion radiotherapy induces stronger CTL-mediated tumor suppression than X-ray therapy. This information could guide the development of optimized combinatorial immunotherapies tailored to each radiation modality.2024年度HIMAC共同利用研究成果発表会conference presentatio
リラクサー強誘電体PMN-xPT高温相に見られる構造ゆらぎと電気特性との関係
No full text本研究では(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3 (PMN-xPT, x = 0, 0.1, 0.2, 0.33)を対象とし、高温相の立方晶構造におけるPb原子の構造ゆらぎを調べた。ペロブスカイト型構造のBサイトの化学組成が変化することによる結晶構造の変化や、MPB近傍での構造の不均一性を明らかにすることを目的とした。MEM/Rietveld法による電子密度解析を行ったところ、PMN-xPTでは異なるゆらぎをもつ二つの立方晶構造が共存することを見出した。さらに、MPB(x～0.33)に近づくにつれて二つの立方晶が結晶中に占める割合が変化し、Pb原子オフセンター方向にも変化が見られた。講演では、低温相の構造と高温相の構造みだれとの関係、およびそこから推察される電気特性との関係について議論する。公益社団法人日本セラミックス協会 第38回秋季シンポジウムconference presentatio
遮蔽計算処理の視覚化手法について
No full text遮蔽計算のネットワーク構造に着目した画一的な視覚化手法と変更の影響判定処理を開発したので、第62回アイソトープ・放射線研究発表会で発表を行う。第62回アイソトープ・放射線研究発表会conference poste
Nuclear astrophysics using laser driven neutron sources
No full textAt present, high-power laser could accelerate particles of ions and electrons up to several tens MeV and several GeV, respectively, through laser plasma interactions. Neutrons are also generated by the secondary reactions. These laser driven particles have remarkable features of short pulse, high flux in a single shot, and continuous energy. These features are suitable for the study of nuclear astrophysics. Laser neutron sources been developed in various facilities such as LANL and LLNL in the world. We have also generated high flux neutrons by the secondary nuclear reactions of laser accelerated protons (deuterons) on Be targets using LFEX laser at Osaka University. The maximum flux of a single neutron pulse reached to 10^11 neutrons/shot. This opens an analysis using a single neutron pulse. The energy spectra of the primary pulses of protons and deuterons accelerated by the laser could be measured by Tomson parabola spectrometers. The energy spectra of the neutrons could be measured by a time-of-flight method for each shot. We have measured neutron flux using activation methods. The laser driven neutron source is suitable for the study of nucleosyntheses such as AGB s-process and massive star s-process (C shell burning) as well as neutron burst recorded in isotopic abundances in primitive meteorites. Furthermore, this is useful for the study of interactions with cosmic neutrons. We discuss the development of laser driven neutron source, results using activation methods and neutron absorption resonances and vison for nuclear astrophysics study.The 2nd IReNA-Ukakuren Joint Workshop “Advancing Nuclear Astrophysics and Beyond”conference presentatio
抗体薬物複合体(ADC)と放射性標識抗体(ARC)の併用治療効果
No full text膵臓がんは早期発見が難しいため、発見してもすでに浸潤・転移していることが多い。そのため、浸潤・転移に対する治療法の開発が望まれている。しかし、血管の周りに間質が多く薬剤のがん細胞への送達が困難であるため、薬剤だけの治療には限界がある。最近、リリース型抗体薬物複合体（ADC）で、がん間質でブロックされたADCから、抗がん剤をリリースし、がん細胞に効率よく抗がん剤を送達できる技術が開発された。しかし、さらに治療効果を高める必要がある。そこで、がん間質にブロックされた抗体からもがん細胞に照射できるβ線放出核種を利用することで、上乗せ効果が期待できると考えた(図１)。本研究では、がん間質に発現している血液凝固経路の開始因子であるtissue factorに対する抗体に、放射線増感効果のある抗がん剤であるモノメチルアウリスタチンE(MMAE)を結合させたADCと、β線放出治療用核種であるY-90を標識した抗体(ARC)の併用療法を間質に富む膵臓がんモデルマウスで検証した。間質を多く誘導する膵臓がん由来細胞BxPC-3を皮下移植したマウスにADCとARCをそれぞれ単独に投与した群、ADC＋ARC併用療法群に加え、未治療群の計4群で腫瘍体積を測定し治療の経過を観察した。腫瘍測定とは別に治療3、7、14、21日後と未治療の腫瘍をサンプリングし、病理解析を行なった。どの治療群においても、腫瘍の増殖抑制が観察されたが、ADC＋ARC併用療法群では腫瘍の消失した個体も確認され、最も高い治療効果が得られた。ADC単独治療群とADC+ARC併用療法群では3日後の病理画像で分裂中期の細胞が多く観察され、ARC単独治療群、ADC+ARC併用療法群では7日後以降の細胞の肥大化や変形が観察された。ADC＋ARC併用療法群で、がん細胞領域が最も減少した。未治療群に比べ、有意に細胞増殖減少やアポトーシス増加が観察された。これらの結果より、間質に富む難治性膵臓がんであっても放射線増感効果を持つ抗がん剤とβ線照射を併用することで、治療効果が向上することが示された。第62回日本放射線腫瘍学会生物部会学術大会conference poste
中皮腫に対する抗ポドプラニン抗体を用いた標的アイソトープ治療法開発
No full text中皮腫は中皮細胞から発生する悪性腫瘍で、80〜85%が胸膜中皮から発生する。中皮腫の多くはアスベストのばく露と深く関与しており、アスベストのばく露から20〜50年後に発症する。日本では、2004年に全てのアスベストの使用が禁止されるまで、建材をはじめとする多くの用途で使用されてきた。そのため、中皮腫の発生ピークは2030年頃、罹患者数は年間3,000人と予測されている。最近では、大規模な地震災害の後のアスベスト飛散ばく露の影響で患者の増加が懸念されている。初期の中皮腫は、症状が乏しいため、患者の約7割が進行した状態で診断される。 中皮腫は胸膜に沿ってびまん性に進展することが多く、外科的治療や一般的な放射線治療は困難である。現在のところ、ペメトレキセドとシスプラチンを組み合わせた化学療法が中心に行われているが、５年生存率は8%程度と十分な治療効果は得られていない。標的アイソトープ治療(TRT)は、殺細胞効果の高い治療用RIで標識した薬剤を投与し、体内から放射線を照射する放射線療法である。胸腔内に広がる中皮腫に対してTRTは有効な治療法になる可能性がある。実際、中皮腫皮下腫瘍モデルでの検討で、悪性度の高い肉腫型の中皮腫にも高頻度に発現している膜タンパク質ポドプラニンを標的分子としたTRTの治療効果が得られ、潜在性が示された[1,2]。 本研究では、より臨床に即した同所移植モデルマウスでの治療効果評価と投与ルートによる体内動体や被ばく線量の違いを検証した。β線放出核種イットリウム90(90Y)およびα線放出核種アクチニウム225(225Ac)を標識した抗ポドプラニン抗体NZ-16を投与すると、90Y、225Acとも顕著な抗腫瘍効果が得られた。放射性標識NZ-16の投与により、一時的な体減少が観察されたが、標識抗体投与に関連した死亡や正常組織への不可逆的な毒性は観察されなかった。また、標識薬剤を胸腔内投与すると、静脈投与に比べて正常組織への被ばく線量が低減でき、かつ腫瘍への薬剤集積が高いことが明らかになった。これらのとこから、抗ポドプラニン抗体NZ-16の胸腔内投与によるTRTは中皮腫に対して、有効かつ安全な治療法となることが示唆された。[1] Sudo H, et al. Cancer Sci. 2019; 110(5):1653-1664.[2] Sudo H, et al. Cells 2021; 10(10):2503第62回日本放射線腫瘍学会生物部会学術大会conference poste
One-ring TOF-DOI brain PET prototype with crosshair light-sharing detectors
No full text[Background] High spatial resolution and high sensitivity are required for brain PET to visualize small structures in the brain. Spatial resolution of PET depends on various factors such as a scintillation crystal pitch, the photon non-collinearity effect (angular deviation), the positron range, and the parallax error (depth-of-interaction (DOI) encoding error). A brain-sized compact geometry, fine scintillator pitch, and DOI measurement capability are key specifications to achieve high spatial resolution. Recently, we have developed a novel PET detector with the crosshair light-sharing (CLS) configuration that offers both time-of-flight (TOF) and DOI measurement capabilities. The scintillator pitch of the CLS detector is 1.6 mm, which is finer than other commercial brain PET systems. The purpose of this study is showing a proof-of-concept of the CLS detector by prototyping a one-ring TOF-DOI brain PET. [Methods] The fast lutetium gadolinium oxyorthosilicates (LGSO) (OXIDE, Japan) scintillators each sized at 1.45×1.45×15 mm3 were attached to a silicon photomultiplier (SiPM) (Hamamatsu Photonics, K.K., Japan) array of 3.0×3.0 mm2 pixels. The detector block consisted of a 14×14 scintillation crystal array and an 8×8 SiPM array. Two neighboring scintillators were optically glued to allow light to pass through, and other parts were covered by enhanced specular reflectors (ESRs) (3M, St. Paul, MN, USA). The combination of the optical glue and the reflectors allows scintillation light to loop within these crystals and to spread mainly among two neighboring SiPMs under a pair of crystals. DOI information was calculated from the output ratio of these two SiPMs. Thirty-six detector blocks were circularly arranged with the crystal-to-crystal diameter of 30 cm. The axial field-of-view was 2.6 cm. We used the PETsys TOFPET2 ASIC for data acquisition. Energy, timing and DOI (3-segments) calibration and normalization were performed with measuring an 18F annular distribution phantom. We evaluated the energy resolution, TOF resolution and spatial resolution, followed by imaging demonstration of the Hoffman 3D brain phantom. Only the four acrylic plates and the outer case were used so that the radioactivity was distributed within the FOV. Image reconstruction was performed with the ordered-subset expectation-maximization algorithm. To investigate the effect of the reconstruction with TOF and DOI, non-TOF and non-DOI PET data were made by post-processing. [Results] The energy resolution at 511 keV was 11.6% and the TOF resolution was 297 ps. For the spatial resolution measurement, one-millimeter rods were resolved even at the 10 cm offset position. The rod separation capability was clearly improved with DOI information. In the Hoffman brain phantom images, the gray and white matter areas were visualized with high contrast. Both TOF and DOI information effectively improved the contrast. The 0.8-mm-thick radioactivity distributions could be identified in the coronal image.[Conclusion] We developed a one-ring prototype of a TOF-DOI brain PET system with our original CLS detectors. One-millimeter rod separation capability, 0.8-mm-thick structure visibility, and 297 ps TOF resolution were demonstrated experimentally.SNMMI 2025 Annual Meetingconference poste
Spatiotemporal Analysis of Photosynthates Translocation to Strawberry Fruits Using Non-invasive ¹¹C Imaging: Leaf Position-Dependent Translocation Patterns
No full textThis study used a positron-emitting tracer imaging system (PETIS) with [¹¹C]CO₂ to visualize and quantify real-time photosynthates translocation in living strawberry plants. By labeling individual leaves and imaging the movement of photosynthates to fruits, the research revealed that translocation patterns vary depending on leaf position and inflorescence structure. Cluster analysis showed that fruits on the same peduncle often share common source leaves. These findings highlight the significance of plant architecture in carbon allocation and suggest that targeted leaf management could improve fruit yield and quality in protected horticulture.20th International Plant Nutrition Colloquiumconference poste