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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Changes in yields of CO2 and OH groups in PADC during low temperature annealing following irradiation with protons and C ions
No full textFT-IR spectrometric studies have been performed to unveil the role of molecular and radical mobility in degradation of poly allyl diglycol carbonate (PADC) under C ions and protons. At low temperatures (16 K for C ions, and 23 K for protons), damage to typical functional groups in PADC are suppressed, compared to that at room temperature (RT). Degradation progresses gradually, as temperature increases through annealing after the irradiation at low temperatures. Parallelly, changes in molar densities of OH groups and CO2 formed are evaluated. The generation of OH groups is completely suppressed during the irradiation at the low temperatures. Both at RT and low temperatures, the CO2 molar density increases linearly with increasing fluence. However, yields are not comparable; due to CO2 diffusion as gas at RT. Changes in the molar densities of OH groups and CO2 have been observed during the annealing, indicating the importance of radical and molecular mobility for the formation of OH groups and CO2.journal articl
医療放射線業務従事者の放射線白内障の実態
No full text目 的：近年，放射線白内障はより低線量からリスクがあることが指摘され，日本でも 2021年 4月に電離放射線障害防止規則で水晶体等価線量限度を 100 mSv/5年以下かつ 50 mSv/年以下へ大幅に改正した．医療放射線業務従事者の放射線白内障についてこれまで調べられた報告はほとんどなく，その実態を調査した．
方 法：産業医科大学および病院の電離放射線健康診断対象者 390 人中，2021 年 10 月～2023 年 3 月に検査を行い，過去 5 年間の累積水晶体等価線量が測定できな
かった者や白内障の誘因となる疾患の既往者を除いた360 人〔年齢 38.3±10.4 歳 （平均値±標準偏差）〕を解析の対象とした．水晶体徹照カメラを用い無散瞳で暗室にて水晶体撮影を行い，眼科専門医が，東京電力福島第一原発緊急作業従事者に対する疫学的研究で用いられた白内障判定マニュアルに基づいて判定した．
結 果：白内障有所見者は 116人，年齢 43.7±11.3歳，有所見率 32.2％；20代 15.3％，30代 24.0％，40代 41.7％，50 代 52.5％，60 代 77.8％であった．全年代で Vacuolesが 1～4 個のタイプが多かった．有所見者を含めた対象者の 5年間の累積水晶体等価線量は 1.32±4.33 mSvで，すべての対象者が改正後の線量限度よりも小さかった．
結 論：今回の分析では放射線と白内障リスクの関係は明らかにできなかったが，放射線を用いる医療従事者の白内障有所見率が高い可能性があり，今後さらなる調
査が必要と考える． （日眼会誌 129：543-550，2025）journal articl
Accomplishment of high duty cycle beam commissioning of Linear IFMIF Prototype Accelerator (LIPAc) at 5 MeV, 125 mA D+
No full textThe Linear IFMIF Prototype Accelerator (LIPAc) aims at validating the design of the low-energy section of the 40-MeV/125-mA IFMIF deuteron accelerator, thus up to 9 MeV in continuous-wave (CW) operation. While the Superconducting RF Linac (SRF Linac) has been assembled, the LIPAc beamline was operating in the intermediate configuration, namely the Phase B+ commissioning. The main objectives of this phase were to validate the 5-Mev/125-mA deuteron beam acceleration by the RFQ at a high-duty cycle and to characterize the beam properties in preparation for the final configuration with the SRF Linac. In June 2024, the Phase B+ commissioning was completed with the acceleration and transport of a 5 MeV/119 mA deuteron beam at 8.75% duty cycle up to the beam dump.IAEA FEC 2025 IFMIF/EVEDA ワークショップconference presentatio
Development of a family of rays tracing code based on a non-commutative kinetic ray system
No full text電子サイクロトロン(EC)共鳴加熱/電流駆動の予測精度を向上させることは、高性能な核融合プラズマを実現するうえで重要である。駆動電流の局所性は、例えば新古典ティアリングモードの抑制にとって重要であるが、幾何光学に基づく従来のEC波伝搬モデルは、実験と比較して波束の空間分布を過剰に局所評価することが多い。本研究では、量子論の手法を用いることで光線位相空間における新しい光線追跡モデルを導入し、非局在化した波動エネルギーの発展をより正確に記述することを目的とする。これにより従来の準光学モデルでは記述の難しかった干渉構造の発展や散乱によるEC波の拡幅が表現できるようになった。QSTフュージョンエネルギーワークショップconference presentatio
Radiopharmaceutical-free hypoxia imaging in particle therapy by means of range-verification PET: a feasibility rat study
No full textBackground and aimsTumor oxygen status provides important information to optimize particle therapy. However, tumor oxygen status may constantly change during a treatment period of several weeks, and it is impractical to perform hypoxia PET such as using 18F-FAZA for every fraction. For this issue, our hypothesis is that range-verification PET, which is based on the detection of positron (β+)-emitting nuclides produced through nuclear fragmentation reactions in tissue, may provide tumor hypoxia information. In the last PTCOG, we reported that the washout rate of the produced β+-emitting nuclides obtained by rat irradiation reflects the tumor vascular status measured by MR angiography. In this study, we compared the range-verification PET directly with 18F-FAZA PET.MethodsC6 glioma cancer cells were implanted into the left thigh of a nude rat. After tumors grew in two weeks, two experiments were carried out sequentially. (a) Range-verification PET experiment: A whole tumor was irradiated with the 12C ion beam, and from PET data obtained by 30-min scan of our custom-made high-sensitivity small-animal PET system, the voxel-by-voxel washout rate constants (k2,m) were derived. (b) Hypoxia PET experiment on the next day: 18F-FAZA was injected to the same rat and hypoxia-PET imaging was performed for 30 mins. ResultsThe washout-rate image of the range-validation PET image, a k2,m image, had three regions: a faster washout rate (k2,m=0.26/min) mostly at the edge of the tumor, a slower washout rate (k2,m=0.05/min) at the core of the tumor, and a middle washout rate (k2,m=0.13/min) between them, which agreed with a typical structure of most solid tumors. The middle washout-rate area appears to be consistent with the 18F-FAZA uptake, which means hypoxia. The tumor peripheral area (faster washout-rate) is considered to be a viable area with low 18F-FAZA accumulation, and the core (slower washout-rate) is considered as necrosis.Conclusion The feasibility of radiopharmaceutical-free hypoxia imaging in carbon ion therapy by means of range-verification PET was shown by the rat irradiation.63nd Annual Meeting of the Particle Therapy Cooperative Group (PTCOG 63)conference presentatio
超偏極13C-NMRによるがん細胞の低酸素応答測定
No full text低酸素条件下では、複数の生物種において通常酸素条件下と比較して解糖系代謝が亢進する。この現象は低酸素に応答した転写制御、もしくは解糖系酵素群の細胞内での局在変化に由来することが知られており、ヒト細胞でも同様の機構が存在することが示唆されている。そこで本研究では、異なる３種のヒトがん細胞株を低酸素条件下で培養し、超偏極13 C- NMRにて測定することで各細胞のピルビン酸代謝における低酸素培養の影響を検証した。肝がん細胞株であるHepG2、前立腺がん細胞株であるPC3・Du145の3種をそれぞれ専用の低酸素ジャー（アネロパック®微好気, 三菱ガス化学株式会社）内で培養した。このとき、ジャー内のO2濃度は6～12％、CO2濃度は5～8％となる。低酸素ジャーをインキュベーター内に静置し、37℃で48時間培養を行った。また、24時間ごとに培地と酸素吸収剤の交換を行った。コントロールとして通常のインキュベーター（O2：約21%、CO2：5％）内で培養した細胞についても24時間ごとに培地交換を行い、計48時間培養した。各細胞は培養後トリプシン処理により回収し、細胞懸濁液を調製した。代謝プローブとしては[1-13C]ピルビン酸を用いた。偏極剤であるOX063と［1-13C]ピルビン酸を混合し、偏極装置SpinAligner (Polarize ApS)を用いて超偏極処理を行った後、アルカリ緩衝液で溶解し、細胞懸濁液に添加して1.5T NMR（Spinsolve 60, Magritek GmbH）で測定した。各物質の検出ピークの積分値を算出し、作製した経時変化グラフからArea Under the Curve（AUC）を算出した。ピルビン酸から乳酸への代謝効率を示す乳酸対ピルビン酸（Lac/Pyr）のAUC比をコントロール条件と低酸素条件で比較したところ、各細胞株の低酸素応答は由来ごとに異なる可能性が示唆された。今後は再現性を確認するとともに、低酸素条件特異的な細胞代謝の制御手法について検討する予定である。量子生命科学会 第7回大会conference poste
プラスチック分解酵素の結晶構造解析
No full textポリエチレンテレフタレート（PET）は年間数千トン生産されているが、リサイクル率は数％に過ぎない。また、マイクロプラスチックによる環境汚染は大きな社会問題である。したがって、PETを効率的に分解するシステムが環境・エネルギーの両面で求められている。本研究では、PETを効率的に分解する微生物由来の酵素PETaseに注目し、X線および中性子結晶構造解析を通じて、その機能を水素原子を含め原子レベルで理解することを目的としている。目的遺伝子をベクターに組み込み、大腸菌を用いて目的タンパク質を大量発現させた。その後、アフィニティーおよびゲル濾過クロマトグラフィーにより精製したサンプルを用いて目的タンパク質の結晶を作製した。結晶作製の際には、酵素単体での結晶化ドロップ作製のほか、基質類似体の安息香酸をタンパク質溶液に加えた複合体での結晶化も試みた。得られた結晶のX線回折データを放射光施設において収集し、1.5Å（酵素単体）、1.4Å（安息香酸複合体）分解能で構造解析した結果、共結晶化を試みた条件では活性部位に安息香酸由来と思われる電子密度を確認した。安息香酸の芳香環周辺に位置するアミノ酸残基は、酵素分子表面であるにもかかわらず疎水性残基が多く、PETaseは主に疎水性相互作用で安息香酸を認識していた。酵素単体と安息香酸結合状態の主鎖構造はほぼ一致しており（Cα原子rmsd値：0.176Å）、安息香酸結合による大きな構造変化は生じていなかった。また、安息香酸のカルボキシル基は活性残基のSer160およびHis237の側鎖と水素結合していたが、側鎖の向きは酵素単体と変わらなった。一方で、酵素単体ではTrp185の側鎖にalternative conformationが確認されたが、安息香酸複合体では空間的に片方のconformationのみしか入らなかった。したがって、PETaseの基質結合前後で主鎖レベルの構造変化はないものの、トリプトファン側鎖の動きによって酵素が基質を認識している可能性が示唆された。また、中性子回折実験に供する大型結晶の作製にも取り組んでおり、大きいもので1辺1mm程度まで成長させることができた。量子生命科学会第7回大会conference poste
放射線誘発細胞老化におけるミトコンドリア形態とミトコンドリア恒常性との関連性
No full textミトコンドリア形態の動的変化は細胞のミトコンドリア機能を理解する上での重要な指標である。我々は細胞ストレスとして放射線を用い、ヒト線維芽細胞に10～20 Gy程度のX線を照射すると、ミトコンドリアの形態は断片化を経て、複数のミトコンドリアが融合した状態へと変化することを発見した。さらに、断片化と同時期にマイトファジー（ミトコンドリアのオートファジー）活性が亢進し、ミトコンドリアの融合の開始までその活性が維持されることを見出した。10～20 GyのX線線量領域では核DNAの損傷が重篤でDNA損傷応答が収束せず、細胞周期が永続的に停止して、線維芽細胞は増殖状態から老化へとシフトする。しかし、老化細胞は分泌因子を放出するなど活発に活動しており、高い代謝活性を維持するためには、そのエネルギー源であるATPを産生するミトコンドリアの恒常性維持が必要不可欠である。放射線ストレス後のミトコンドリアに見られたこれらの現象がミトコンドリア恒常性の維持にどのような役割を果たしているのかはよくわかっていないことから、本発表ではミトコンドリア形態変化とマイトファジー、放射線誘発老化細胞のミトコンドリア恒常性の相互関連性について議論する。量子生命科学会第7回大会conference poste
Research and development study on nanobeam formation using laser-cooled ions for high-precision single-ion irradiation
No full textTo realize high-precision single-ion irradiation or implantation, we have proposed a nanobeam formation scheme where single cold ions selectively separated from a two-component Coulomb crystal in a linear Paul trap (LPT) are accelerated to 100 keV and focused on the nanometer scale using electrostatic bipotential lenses. The entire process of laser cooling of trapped ions in the LPT, ion-selective ejection from the LPT, acceleration, and focusing in the lens system is investigated by detailed multiparticle tracking simulations to show the feasibility of ultralow-emittance nanobeam formation and ion focusing properties. According to the simulation results, the fabrication and commissioning of such a single-ion irradiation system are ongoing at Takasaki Institute for Advanced Quantum Science, National Institutes for Quantum Science and Technology toward the application of research and development of quantum materials and devices. We will discuss the simulation results on the behavior of cold ions in the irradiation system and report the latest status of the system development including preliminary experimental results.16th International Particle Accelerator Conference (IPAC’25)conference poste
抗酸化物質のラジカル消去反応における速度論的同位体効果に対する溶媒の影響
No full text抗酸化物質によるラジカル消去反応では水素移動反応を伴うため、トンネル効果が関与している可能性があり、量子生命科学的に極めて興味深い。しかし、トンネル効果が観測される反応環境については不明な点が多く残されている。我々は以前、水溶性抗酸化物質Troloxのリン酸緩衝液(0.05 M, pHまたはpD 7.0)中におけるラジカル消去反応において、大きな速度論的同位体効果(kinetic isotope effect, KIE)が観測され、トンネル効果が関与している可能性を報告した[1]。本研究では、種々の抗酸化物質によるラジカル消去反応におけるKIEに対する溶媒の影響について検討した。メタノール(MeOH)中、25 ℃で、TroloxとDPPHラジカルとの反応をストップトフロー法で追跡し、二次反応速度定数(kH)を2.8 × 10(2) M(-1) s(-1)と決定した。MeOHの代わりにメタノール-d (MeOD)を用いると、TroloxのOH基はOD基に変わり、二次反応速度定数(kD)は顕著に小さくなった(6.3 × 10 M(-1) s(-1))。KIE (kH/kD)は4.4となり、MeOH中ではトンネル効果が関与していないことが示唆された。一方、抗酸化物質としてアスコルビン酸や(+)-カテキン、コーヒー酸を用いた場合には、kD値がkH値より顕著に大きくなり、逆KIEが観測された。これは、抗酸化物質の脱プロトン化平衡が関与している可能性があるが、詳細な反応機構については現在検討中である。種々のpHまたはpDのリン酸緩衝液中やアセトニトリル中でも同様の検討を行ったので併せて報告する。1. Nakanishi, I.; Shoji, Y.; Ohkubo, K.; Fukuzumi, S. Antioxidants 2021, 10, 1966.量子生命科学会第7回大会conference poste