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用宇宙觀測技術(shù)開發(fā)分子成像新技術(shù)！ -應用于醫(yī)學生物學研究- 1 .發(fā)布概述 東京大學國際高等研究所加勒比數(shù)物聯(lián)合宇宙研究機構(gòu)( Kavli IPMU )特任助教/國立癌癥研究中心尖端醫(yī)療開發(fā)中心外來研究員柳下淳為首的Kavli IPMU、國立癌癥研究中心尖端醫(yī)療開發(fā)中心、理化研究所、 由JAXA宇宙科學研究所等研究者組成的研究小組(參照※補充)，通過將多個放射性核素用作探針(示蹤劑)的小動物生物體內(nèi)的分子成像(注1 )，解決了以往成為問題的圖像噪聲的課題，成功地同時且正確地將多核物種成像 在進行研究時，本研究小組開發(fā)了搭載用于宇宙觀測的碲化鎘( CdTe )半導體檢測器(注2 )的攝像裝置，而且在分析方法中應用了被稱為擬合的超新星殘骸等天體觀測數(shù)據(jù)的分析中使用的頻譜分析方法。 也就是說，這次的成果可以說是以宇宙物理學方面的技術(shù)和解析方法為基礎(chǔ)，與開發(fā)調(diào)查小動物生物體內(nèi)分子動態(tài)的新成像技術(shù)相聯(lián)系的成果。 也期待著對醫(yī)學生物學研究的發(fā)展做出貢獻，以及對核醫(yī)學檢查的應用等臨床醫(yī)學做出貢獻。 而且，近年來，通過將探針的標記核素轉(zhuǎn)變?yōu)榘┌Y等對病灶有療效的放射性核素，不僅能夠在生物體內(nèi)定位病灶，還能夠同時進行治療的Radio-Theranostics (無線電塞拉諾司)這一新的診療方法成為話題 在本研究開發(fā)的成像技術(shù)中，用于Radio-Theranostics的治療藥物也有望推廣到藥代動力學成像。 圖1 .示意性解說了能量分辨率的圖。 圖1左上角是來自核素a的放射線的能譜。 圖1左下方是來自核素b的放射線的能譜。 核素a和核素b同時存在時的能譜如圖1的右上所示。 在能量分辨率低的檢測器中只能捕捉為虛線所示的具有兩個峰的平穩(wěn)光譜，無法正確測量核素a和b的能譜。 但是，如果是能量分辨率高的檢測器，就可以分離核素a和b的能譜，可以正確測量來自各個核素的能量。 ( Credit:Yagishita et al.) 本研究成果于2022年4月4日(日本時間4月5日)刊登在全球?qū)W術(shù)雜志出版社Springer Nature發(fā)行的醫(yī)用生物工程專業(yè)雜志《自然生物醫(yī)學工程》( Nature Biomedical Engineering )上。 圖2 .本研究中使用的攝像裝置的照片和裝置的示意圖。 CdTe檢測儀在照片中不可見，但被裝在多針孔準直儀下的盒子里。 ( credit:yagishita et al./ kav Li ipmu ) 圖3 .使用超新星殘骸仙后座a觀測數(shù)據(jù)的光譜擬合概念圖。 圖左邊是用錢德拉捕捉到的x射線看到的仙后座a的圖像。 右邊是使用粗糙衛(wèi)星的數(shù)據(jù)分析的x射線能譜(※為了說明本概念圖，是簡單分析的，請注意沒有遵循實際的分析函數(shù)和步驟)。 在實際分析中，通過對右邊x射線能譜的數(shù)據(jù)擬合考慮物理過程的函數(shù)，可以揭示超新星殘骸的哪個部分分布著什么元素。 (左圖像Credit: NASA/CXC/SAO，右圖Credit: Kavli IPMU ) 圖4a .顯示實驗中使用的活體小鼠的哪個部位聚集了3種放射性核素的示意圖。 使锝-99m (99mTc )累及耳旁淋巴結(jié)(淺腮腺淋巴結(jié))、銦-111 (111In )累及頜下淋巴結(jié)(下頜淋巴結(jié))、碘-125 (125I )累及甲狀腺。 ( credit:yagishita et al./ kav Li ipmu ) 【波及效果，今后的預定】
通過使用本研究開發(fā)的成像技術(shù)，可以更詳細地觀察生物體內(nèi)的現(xiàn)象。 這次是在SPECT樣機上的實驗，但是全規(guī)格的SPECT攝像裝置已經(jīng)完成，可以應用本研究的成像技術(shù)。 本研究開發(fā)的技術(shù)解決了以往的課題，在小動物生物體內(nèi)利用多個放射性核素探針同時獲得高空間分辨率的圖像，因此可以應用于醫(yī)學生物學研究。 而且，使用放射性核素的成像技術(shù)已經(jīng)在醫(yī)學領(lǐng)域作為病灶的定位及性狀評價等診斷技術(shù)被活用，也有望應用于臨床醫(yī)學。 而且，近年來，為了取得確切的治療效果，Radio-Theranostics這種新的將診斷和治療一體化的方法成為話題。 這是應用了成像探針技術(shù)的診療方法，在進行成像時，通過將作為探針的標記核素變?yōu)榘l(fā)出α( alpha )線或β( beta )線等放射線的核素，在確認核素到達生物體內(nèi)的癌癥場所的基礎(chǔ)上，確定了其病灶 這種射頻治療所用的治療核素中，有很多會釋放γ(伽馬)射線，理論上可以對治療藥物是否真的傳到病灶而有效進行成像。 100keV以下的低能量區(qū)域的γ射線的檢測，診療現(xiàn)場使用的現(xiàn)行閃爍檢測器比較棘手，但由于含有大量散射成分等特性，CdTe檢測器擅長于檢測含有大量散射射線成分的低能量區(qū)域的放射線。 也就是說，本研究開發(fā)的成像技術(shù)有望為Radio-Theranostics等進一步的臨床開發(fā)做出貢獻。 図4b. 撮像の結(jié)果まず得られたスペクトルと、フィッティングによってそれぞれの成分に分離?同定したスペクトル。撮像の結(jié)果まず得られた生の信號は黒線、その信號をまずフィッティングして滑らかな曲線のスペクトルとして表現(xiàn)したのがピンク色の線。その後、フィッティングによる更なる解析の結(jié)果、赤點線で示す 111In、緑點線で示す 125I、青點線で示す 99mTc 、黃色點線で示す散亂線、黒點線で示す連続成分に分離できた。(Credit：Yagishita et al./Kavli IPMU) ※補充
本研究是在Kavli IPMU成立，于2018年4月1日正式開始活動的“硬x射線γ射線成像聯(lián)合據(jù)點”以及文部科學省科學研究費資助事業(yè)新學術(shù)領(lǐng)域研究( 2018–2022 )“宇宙觀測探測器與量子光束的相遇。 通向新應用的橋梁。 ”的研究者的合作下產(chǎn)生的成果。 該研究小組為了將作為用于宇宙觀測而開發(fā)的硬x射線γ射線檢測器的CdTe檢測器應用于不同領(lǐng)域和解決研究課題而開展了活動。 另外，“硬x射線γ射線成像協(xié)作據(jù)點”是在慶應義塾大學醫(yī)學部的協(xié)助下，通過Kavli IPMU和JAXA宇宙科學研究所的協(xié)作，以硬x射線γ射線成像技術(shù)加速應用于核醫(yī)學、特別是癌癥研究為目標而設(shè)立的，現(xiàn)在，各種其他機構(gòu)的醫(yī)學和藥學的研究者也在合作共同進行研究。關(guān)于“硬x射線伽馬射線成像聯(lián)合基地”成立時的新聞稿，請參閱2018年3月26日<基礎(chǔ)科學有用-「JAXA - Kavli IPMU/東京大學硬x射線伽馬射線成像聯(lián)合基地”正式啟動- >的Kavli IPMU的文章 新學術(shù)領(lǐng)域研究(研究領(lǐng)域提案型)“宇宙觀測探測器和量子束的相遇。 通向新應用的橋梁。 ”請參照以下鏈接
https://member./spacetech _ to _ quantum beam/index.html 圖4c .利用26-29 keV (千電子伏)的放射線，用攝像裝置對聚集在活體小鼠上的核素進行成像而得到的圖像。 為了對甲狀腺上集聚的125I進行成像，使用了26-29 keV，但正如紅箭頭所示，下頜淋巴結(jié)上集聚的來自111In的散射線成分也被成像了。 ( Credit:Yagishita et al.)
新學術(shù)領(lǐng)域研究(研究領(lǐng)域提案型)“宇宙觀測探測器和量子束的相遇。 通向新應用的橋梁。 ”請參照以下鏈接
https://member./spacetech _ to _ quantum beam/index.html 圖4d .顯示各核素同時且正確成像成功的圖。 利用通過擬合分離鑒定出各核素的光譜的信息，可以將在圖4c中成像的圖像分成來自各個核素的放射線進行描繪。 紅色部位為111In累及下頜淋巴結(jié)，藍色部位為99mTc累及淺腮腺淋巴結(jié)，綠色部位為125I累及甲狀腺。 圖中左下白線所示的比例尺為1毫米。 ( Credit:Yagishita et al.) 4 .發(fā)表雜志
雜志名稱: Nature biomedical工程
論文標題: vivo via a cadmium telluride diode detection of multiple radionuclide tracers
作者: Atsushi yagishita ( 1，2 )，shin’Ichiro takeda (1)，Miho Katsuragawa (1)，tenyo Kawamura ( 3，1 )，Hideaki Matsumura (1 Izumi O. Umeda (1)、goro yabu ( 3，1 )、Pietro Caradonna (1)、Tadayuki Takahashi (1)、shin Watanabe ( 4，1 )、yousuke
作者所屬:
1.kav Li institute for the physics and mathematics of the universe ( kav Li ipmu，WPI )，The University of Tokyo，5-1-5，Kashiwanoha
2 .資源開發(fā)和關(guān)鍵業(yè)務中心，國家客戶中心，6-5-1 Kashiwanoha，Kashiwa，Chiba 277-8577
3 .部門of physics，The University of Tokyo，7-3-1 Hongo，Bunkyo，Tokyo 113-0033，Japan
4.institute of space and astro nautical science ( ISAs )/JAXA，3-1-1 Yoshinodai，Chuo-ku，Sagamihara，Kanagawa 252-5210
5.laboratory for pathophysiological and health science，riken center for biosystems dynamics research，6-7-3 minato jima-minami mi
doi:10.1038/s 41551-022-00866-6 ( 2022年4月4日刊登)論文摘要( Nature Biomedical Engineering頁面)5 .咨詢方式
(新聞聯(lián)絡方式)
東京大學國際高等研究所加勒比數(shù)物聯(lián)合宇宙研究機構(gòu)宣傳擔當小森真里奈
電子郵件: press _ at _
TEL: 04-7136-5977
請將*_at_更改為@
國立研究開發(fā)法人國立癌癥研究中心企劃戰(zhàn)略局宣傳企劃室(柏校園)
電子郵件: NCC-admin _ at _ NCC.
TEL:04-7133-1111
請將*_at_更改為@
理化研究所宣傳室新聞負責人
E-mail:ex-press_at_
請將*_at_更改為@
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