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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ハイブリッド量子古典シミュレーションによる光活性化アデニル酸シクラーゼの光活性化機構の解明
No full text光活性化アデニル酸シクラーゼ PAC は光駆動型 cAMP 合成酵素である。PAC は神経細胞をはじめとする細胞制御のための光遺伝学ツールとして活用されており、医学的な応用も期待されている。PAC は光受容ドメイン BLUF と酵素ドメイン AC が長いヘリックス α3 で繋がった構造を持つ。BLUF の光受容領域は発色団フラビン, Tyr, Gln で構成され、赤外分光の実験から、光を受けると Gln の側鎖がケト-エノール互変異性を起こし、さらに回転することが示唆されていた。一方で、光照射前後の結晶構造ではその側鎖は回転していなかった。まず、我々はハイブリッド QM/MM 自由エネルギー法を用いて、自由エネルギー的に回転を伴った構造の方が尤もらしいことを同定した。また、光受容前後の自由エネルギー差の解析により、不安定なエノール状態が保持される要因として、光受容エネルギーの大部分がフラビンを含む光受容領域よりもその周囲のアミノ酸残基に貯蔵されていることを示した。次に、最適化した光受容領域の構造と電荷を用いて、光受容による局所的な Gln 側鎖の化学構造変化がどのように増幅し、BLUF から AC へと大域的に構造伝搬していくのかを調べた。比較のため、野生型の他に、α3 の 2 つの Leu を Ala に置換した酵素活性を阻害する変異体も用いた。その結果、野生型の光受容後の系のみにおいて、BLUF-AC 間に位置する α3 とその下流の領域が成す角度が大きく変化することによる酵素反応領域への構造伝搬を捉えることができた。さらに、光受容前後における、酵素活性能とタンパク質揺らぎの関係 および 主成分分析に基づくタンパク質の運動モードの変化についても明らかにした。これらの結果は PAC を望ましい光遺伝学ツールとして改変する際の設計指針において、有用な知見になると考えられる。量子生命科学会 第7回大会conference presentatio
生体ナノ量子センサ用ダイヤモンドへの電子線照射NVセンター形成
No full text生体ナノ量子センサとして、NV(窒素-空孔)を含む蛍光ナノダイヤモンド（FNDs）の高品質化の研究を進めている。生命現象により誘起される微小温度変化や細胞活性に伴う磁気・電気的変化の検出を活用した生体内のイメージング材料として既に多種細胞への導入試験とともに種々のセンシングを進めおり、これら量子センサ技術確立のためにはより効率的にダイヤ中にNVセンターを導入することに加え、スピン特性の優れたFNDs形成が求められている。本研究では高蛍光・高感度FNDs形成に向けて2つの電子線照射モード（高温(HT)／室温(RT)）によりNV形成させ電子線照射量との相関を評価した。平均粒径50 nmナノダイヤモンド(ND)に対し2 MeV電子線のHT照射とRT照射により作製したFNDsについて、蛍光強度、NVｰ濃度とODMR(光検出磁気共鳴)測定を実施し、生体ナノ量子センサとして最適なFNDs形成条件を見出す。HT照射ではヒーター加熱しながら電子線照射を実施することで、照射により形成された欠陥を拡散させNV形成を行うことができる（照射後のNVセンター形成熱処理を省くことが可能）。RT照射は照射後NV形成のための熱処理プロセスを実施する方法（従来手法）であり、HT/RT照射共にサンプルに対してNV形成熱処理に関わる条件の数値を合わせ、最後に空気酸化処理を施すことで表面の炭化層等を除去した。これら形成させたFNDsについてPL（フォトルミネッセンス）計測、ODMRスペクトル測定にて種々の照射条件等について蛍光強度ならびにODMRコントラストの相関を調べた。結果としてHT照射の方がRT照射に比べ蛍光強度並びにODMRコントラスト共に10%程度良い結果が得られ、FNDs形成に向けた優位性を得ることができた。量子生命科学会 第7回大会conference poste
In vivoで腫瘍 DNA を標的とする 191Pt 標識化合物の開発
No full text[背景・目的]ナノスケールの短飛程放射線であるAuger電子を核医学治療に応用する場合、DNAへの薬物送達が重要とされているが、有効な薬剤はまだ確立されていない。抗がん剤として用いられる様々な白金錯体が優れたDNA結合性を示すことから、Auger電子を放出する白金RIが候補核種として期待されているが、生体内で腫瘍DNAを効率的に標的とできる薬剤設計はまだ確立されていない。本研究では、腫瘍抗原とゲノムDNAの両方を標的とする白金RI(191Pt)標識化合物のベースデザインを探索し、in vivoで標的腫瘍のDNAに結合する、新規191Pt標識化合物の開発を行う。[方法]Pt-191標識用配位子であるトリチオール(Trithiol)配位子、DNA結合用のヘキスト(Hoechst)、前立腺特異的膜抗原（prostate-specific membrane antigen: PSMA）を標的とするリガンドからなる、6種類の化合物を合成した（Trithiol-Hoechst-PSMA：THP1、2-4、2-8、3-4、3-8、4）。これらの化合物は、トリチオール配位子とHoechst/PSMA標的リガンドの間に、それぞれ異なる構造と長さのリンカーを含んでいる。Pt-191標識後、[191Pt]Pt-THP1、2-4、2-8、3-4、3-8、4のDNA結合能とPSMA標的特異性を細胞実験で評価し、PSMA発現のある／ない腫瘍を持つマウスでその生体分布を調べた。最後に、[191Pt]Pt-THP3-4および3-8の腫瘍DNAへの結合性をin vivoで評価した。[結果]6種類の[191Pt]Pt-THP標識体はすべて60-80%の放射化学収率で得られ、191Pt標識生成物を標識前駆体から分離することに成功した。トリチオール配位子とヘキストの間に直鎖PEGリンカーを挟み、トリチオール配位子とPSMA標的リガンドの間に直鎖C4リンカーを挟んだ、[191Pt]Pt-THP3-4と3-8では、他の191Pt標識体よりも、培養細胞におけるDNA結合能とPSMA標的特異性が高かった。担癌マウスを用いて、[191Pt]Pt-THP3-4および3-8の体内分布を調べたところ、正常臓器からの薬物クリアランスは迅速で、PSMAを発現している腫瘍および腎臓では長く滞留することが判った。これら2つの標識体は、in vivoのPSMA陽性腫瘍においても培養細胞とほぼ同じDNA結合率(～1%)を示した。[結論]2種類の新規191Pt標識化合物、[191Pt]Pt-THP3-4と3-8がin vivoでPSMA陽性腫瘍のゲノムDNAに効率よく結合することが示された。6つの異なる[191Pt]Pt-THP標識体の比較から、2つのリンカー（1）トリチオール配位子とDNA結合化合物の間のPEGリンカー、および（2）トリチオール配位子とPSMA標的リガンドの間のC4リンカーが、191Pt標識体を腫瘍DNAに送達するために重要であることが示唆された。これらの知見は、放射性医薬品治療、特にDNAを標的としたオージェ電子がん治療において、白金核種を用いた医薬品開発を促進するものである。第62回日本放射線腫瘍学会生物部会学術大会／第53回放射線による制癌シンポジウムconference poste
Performances of the JT-60SA cryogenic system in the integrated commissioning test
No full textA tokamak-type fusion experimental machine, JT-60SA, has been constructed through an international collaboration between Japan and the European Union. The JT-60SA utilizes a superconducting magnet system and a helium refrigerator with an equivalent refrigeration power of 9.5 kW at 4.5 K, providing cold helium gas to cool the magnet system. The second integrated commissioning test for JT-60SA operations began in May 2023, and the magnet system cooled down to operation temperature (<5 K). For plasma experiments, the cryogenic system provided approximately 2 kg/s of supercritical helium to the magnet system, removing static heat loads such as radiation and conduction heat and dynamic heat loads generated by joule heating due to AC loss and joint resistance. The cryogenic system was successfully operated, and the first plasma was achieved.2025 Cryogenic Engineering Conference (CEC) and International Cryogenic Materials Conference (ICMC)conference presentatio
傾斜屈折率型反射膜(GRIC)を付加したラミナー型回折格子を用いた発光分光器の Li-K～Al-L領域でのSpectral Fluxと分析感度の向上
No full textLi-K、Al-L 発光等が存在する35～110 eVの真空紫外領域における発光分光器の分析感度を高める目的で、Auと炭素系材料で構成される傾斜屈折率型反射膜(GRIC)を付加したラミナー型球面回折格子を設計製作し、性能評価した。設計の際の性能ベンチマークとして、分析感度と相関があり、回折効率と開口数の積で定義されるSpectral Fluxを用いた。回折格子の格子定数と入射角がそれぞれ1/1000 mmと84.0°の場合で、回折格子の表面がAu又はB4Cの場合、最適化された溝深さとデューティ比は、共にそれぞれ30.0 nmと0.3であった。この溝形状の場合において、30 nm厚のAu層上にB4C膜を付加する場合、最適な膜厚は45 nmであった。評価実験用に、厚さ47 nmのB4CをAu上に積層した平面結像型の不等間隔溝ホログラフィック回折格子を作製した。実験では、電子顕微鏡から生成された電子ビームによって励起されたMg-LおよびAl-L発光光源、平面結像型分光器、およびCCDイメージング検出器を使用した。実験の結果、B4C層を付加した新型回折格子を使用した分光器は、従来の回折格子の場合と比較して、ほぼ同じスペクトル分解能と2.9～4.2倍の分析感度を示した。公益社団法人日本顕微鏡学会 第81回学術講演会conference presentatio
Generation and Characterization of NV Quantum Registers Using Isotopically Enriched Molecular Ions
No full textA nitrogen vacancy (NV) center in diamond is known as a solid-state spin quantum bit (qubit) at room temperature. The fabrication of scalable quantum registers based on NV centers is a long-standing issue. In 2005, spin-spin interaction between NV-N pairs, which were fabricated by N2 ion implantation, was reported. An entanglement between two electron-spin qubits becomes an excellent quantum information processing component, as accomplished by an NV-NV pair with a nanometer-scale distance in 2010 and 2013. More recently,strongly dipolar coupled NV-NV pairs were realized by 14N 30 keV implantationvia nanoholes in PMMA resist mask. The creation yields of NV-NV pairs dramatically improved, and the nanohole implantation had been thought to be the most promising technique to integrate NV centers. However, the problem of the technique is the finite size of nanoholes. The distribution of nitrogen atoms is determined by both ion straggling and nanohole diameter. The scaling of NV centers is stagnant up to two for several years. To overcome the barrier of triple NV centers, our previous research gave a ground-breaking idea of a highly populated NV center complex by introducing a molecular ion implantation technique in 2019. Since the molecular ion is regarded as an idea point source, the distribution of nitrogen atoms is determined by only ion straggling. Therefore, our proposed method is more effective than other implantation techniques including nanohole implantation. Instead of a pure nitrogen cluster which is commonly unstable, the stable organic molecular ions (adenine; C5N5H5) were utilized as the ion source. We successfully implanted C5N4Hn ions into single crystalline diamonds. Three NV centers were integrated, and the dipolar interactions among them were successfully observed. In 2022, we succeeded in creating more than 5 NV centers by phthalocyanine (C32H18N8) ion implantation. The next challenge is the implantation of isotopically enriched molecular ions. The isotopically enriched ion contains 13C and 15N. The implantation of isotopically enriched molecular ions is able to create 15NV-13C hybrid quantum registers. In this presentation, we will show the development of the isotopically enriched molecular ion beam and the characterization of created NV centers by laboratory-built confocal microscopy (CFM) and optically detected magnetic resonance (ODMR).75th UK Diamond Research Conferenceconference poste
Spatial Structure of Inflorescence and Leaf Position Organize Photosynthates Translocation Patterns in Strawberry
No full textThe plant vascular system plays a critical role in long-distance transport of photosynthates and various signaling molecules, which are essential for plant development and environmental responses. In particular, phloem-mediated translocation of carbon assimilates synthesized in chloroplasts has been a central focus in the study of vascular transport mechanisms. While it has been suggested that leaf position and defoliation can affect translocation patterns, the detailed dynamics and mechanisms underlying network reorganization remain unclear. In this study, we employed a positron-emitting tracer imaging system (PETIS) with the short-lived radioisotope ¹¹C to visualize and quantify translocation in living plants. Using strawberry (Fragaria × ananassa cv. Fukuoka S6), we aimed to elucidate the translocation dynamics between leaves and fruits.The 7th International Conference on Plant Vascular Biologyconference poste
肝内胆管癌に対する重粒子線治療の治療成績
No full text【背景・目的】炭素イオン線を用いた重粒子線治療は，線量集中性と生物効果が高く，様々ながんに対して治療が行われ，肝内胆管癌に対しては2022年から保険適用となった．一方，肝内胆管癌に対する重粒子線治療のエビデンスは限られ，治療成績も不良であることから，重粒子線治療の安全性や有効性の検証を継続するとともに，新たな治療戦略を開発する必要がある．そこで，肝内胆管癌に対する重粒子線治療の治療成績を再検証した．【方法】2017年7月から2023年7月にかけて当院で遠隔転移のない肝内胆管癌に対する重粒子線治療が行われた症例を後方視的に検討した．主要評価項目は全生存率（OS），副次評価項目は治療関連有害事象，局所制御率（LC），無増悪生存率（PFS）とした．重粒子線治療は総線量60Gy（生物学的効果），4回分割で行い，治療中に化学療法の同時併用は行わなかった．【成績】39例が本研究の対象となった．対象症例は，男女比は25：14，年齢中央値は76歳（41-89歳），PS（0：1：2）は26：12：1，治療前Child-Pugh分類（A：B）は37：2，肝切除術・RFA後の再発が12例（30.8％），病変の位置や肝機能など医学的に切除適応外と判断された症例が30例（76.9％），照射前に化学療法が行われていた症例が12例（30.8％）であった．また，腫瘍径中央値は4.3cm（1.5-17cm），原発性肝癌扱い規約第6版におけるStage分類（I：II：III：IV）は1：20：15：3であった．全症例の観察期間中央値は16.5ヶ月（3.0-87.3ヶ月），生存者における生存期間中央値は26.3ヶ月（3.0-87.3ヶ月）であった．CTCAE ver.5.0によるGrade3以上の有害事象は急性期，晩期ともに認めなかった．治療後2年のOS，LC，PFSはそれぞれ，57.2％（95％CI：74.8-39.6％），67.0％（95％CI：85.6-48.5％），39.0％（95％CI：55.4-22.7％）であった．観察期間内における再発は24例（61.5％）で認められ，再発部位は肝内の別部位，照射部位，他臓器でそれぞれ，14例，9例，8例であった（重複を含む）．【考案】肝内胆管癌に対する重粒子線治療は有害事象が少なく，手術が適応外と判断された症例に対しても可能な局所治療であるといえる．だが，肝内の再発が多く，課題が残る結果であった．今後は，標準治療中に「いつ」「だれに」重粒子線治療を行うのが効果的なのかについて検討が必要であろうと考える．【結語】肝内胆管癌に対する重粒子線治療は安全で有効であったが，照射範囲外の肝内再発が多いため，再発リスクの高い症例の同定と薬物療法との併用法について詳細な検討が必要と考える第61回日本肝臓学会総会conference presentatio
月面地下空洞の放射線環境シミュレーション
No full text宇宙の放射線環境は地上と比較して過酷である。将来の有人宇宙滞在を考えた時、その拠点の候補として月が挙げられる。月面における放射線防護として現地にすでに存在する地形を利用することで、地球から追加の物資を持ち込むことなく宇宙放射線の一部を遮蔽することが可能である。本研究では、将来の月有人滞在の拠点候補となる月の縦孔の内部とそこから広がると考えられる地下空間の放射線環境を数値シミュレーションによって推定した。第７回三菱グループ宇宙ビジネス懇談会conference presentatio
LAP の選択的活性検出を可能にする量子超偏極分子プローブの開発とin vivo 応用
No full textアミノペプチダーゼ (AP) は、ペプチドのN 末端アミノ酸残基を認識して切断するエキソペプチダーゼであり、疾患バイオマーカーとして注目されている酵素群である。中でも、ロイシンアミノペプチダーゼ (LAP) は腫瘍や糖尿病のバイオマーカーとして知られている。そのため、生体内でのLAP 活性検出は、疾患の早期診断に応用できる可能性がある。本研究では、生体内代謝イメージングの手法として、核磁気共鳴イメージング (MRI) に着目した。MRI は、非侵襲性に優れるものの、原理的に検出感度が低いという課題を持つ。そこで、MRI の検出感度を向上させる量子超偏極技術である、動的核偏極法 (DNP 法) に着目した。DNP-MRI を用いることで、生体深部の分子プローブの代謝を非侵襲的に可視化することが可能になる。これまでに生体内LAP 活性を検出できるDNP-MRI 分子プローブが開発されている。しかし、生体内にはLAP と類似した基質認識を示すアミノペプチダーゼN (APN) が存在している。従来型のLAP 分子プローブは、LAP 認識部位としてロイシンを用いているため、APN にも認識・切断されうる。よって従来型の分子プローブは、APN の影響を受けてLAP の酵素活性を正しく評価出来ていない可能性がある。そこで、本研究では、LAP 選択性の高いDNP-MRI 分子プローブの開発を目指す。これまでに、分子プローブのLAP 認識部位に非天然アミノ酸を導入することによって、従来の分子プローブよりもLAP 選択性の高いプローブ構造を確立した。本発表では、LAP 選択的プローブの酵素反応性の評価と、超偏極生体イメージングの結果について報告する。量子生命科学会 第7回大会conference poste