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Quantitative autoradiography in boron neutron capture therapy considering the particle ranges in the samples

Takeno, Satoshi 京都大学 DOI:10.14989/doctor.k23769

2022.03.23

概要

ホウ素中性子捕捉療法(BNCT)はホウ素薬剤を取り込ませた腫瘍内に熱中性子を照射させることで、腫瘍細胞内でホウ素中性子捕獲反応を起こし高LET 粒子線を発生させる治療法である。これにより高い抗腫瘍効果をもたらすことができるのに加えて、その飛程は細胞の大きさよりも短いことからホウ素を取り込んだ細胞のみを選択的に破壊することができるという特徴がある。現在は保険診療として医療機関で頭頸部癌に対して実施されている。その治療効果は細胞レベルのホウ素分布と熱中性子フルエンスによって規定されるので、ホウ素の空間分布をミクロスケールで定量的に評価する必要があるが、その解析は容易ではない。ホウ素分布解析手法の 1 つであるオートラジオグラフィ(ARG)は固体飛跡検出器(SSNTD)の上にホウ素薬剤を取り込ませた組織切片を貼り付けて、熱中性子を照射することで、組織切片内でホウ素中性子捕獲反応を生じさせて、そこから発生する粒子線をピットとして SSNTD で検出するものである。ホウ素濃度の定量化の際は、濃度既知のサンプルを用いて作成した検量線により、測定したいサンプルのピット密度からホウ素濃度を求める方法が広く用いられている。しかし、組織切片を乾燥させた状態でホウ素中性子捕獲反応を起こすことから、その粒子線の飛程は組織切片の水分含有量によって異なることに注意が必要である。

本研究では、組織内のホウ素濃度と熱中性子フルエンスからARG におけるSSNTD上のピット密度を推定する関係式を考案した。ここで、SSNTD に入射する粒子線のうち浅いものは光学顕微鏡では検出できないと推定されるので、その厚みを「検出不能厚」と定義して関係式に組み込んだ。検出不能厚は実験系ごとにキャリブレーションが必要な値である。さらに空間分布の解析のためにはピット画像と組織切片画像の正確な位置合わせも必要であるので、その位置合わせ手法も開発した。今回考案した関係式に粒子飛程をパラメータとして組み込むことで、組織切片の乾燥による影響を直接反映させることが可能となった。また、従来の検量線法では反映させることが困難であった組織切片の厚みの影響も計算可能となった。

この手法の妥当性を検証するために次の実験を行った。まず、マウスにホウ素薬剤であるboronophenylalanine を投与量を変えて皮下投与し、1-17 時間後に肝臓を切除してARG を行った。この時照射された熱中性子フルエンスは金箔を用いて測定した。また同じ肝臓の組織切片を用いて誘導結合プラズマ発光分析(ICP-AES)でそのホウ素濃度を測定した。ホウ素濃度・熱中性子フルエンスと ARG におけるピット密度の関係から、今回の実験条件における検出不能厚を測定した。続いて粒子飛程が大きく異なるホウ素標準液中でも ARG を行い、この関係式から予測されるピット密度と実測値とを比較した。その結果、組織切片とホウ素標準液の実験条件に起因すると思われる予測値と実測値との差は生じたが、ホウ素濃度とピット密度の傾向を再現することができた。さらに組織切片の厚みを変えて同様に ARG を行い、予測値と実測値とを比較した。その結果は組織切片作成時のクライオスタットの精度によると思われる予測値と実測値との差がみられたが、こちらも組織切片の厚みとピット密度の関係の傾向を再現することができた。

本研究によって組織切片の乾燥による影響と組織切片の厚みを考慮してARGのピット密度を計算できるようになった。さらにピット画像と組織切片画像との高精度な位置合わせも容易に可能となった。これによりホウ素薬剤のミクロ分布を高精度に解析することが可能となり、BNCT の基礎研究に大きく貢献することが期待される。

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