第53巻 第02号
201 0 . 0 2
Vol. 53
特 集
「先端科学 社会 接点」
連 載
放医研第9回重粒子医科学
知財 知 （2）
「知的財産」 ・ 「産学連携」
「安心」 ・ 「豊 」 社会
ISSN 0441-2540
Ⅴ. 放射線科学 社会 接点
先端科学と社会の接点
第９回 重粒子医科学センターシンポジウム
放射線医学総合研究所
粒子放射線生物研究の展開と先進治療
独立行政法人
日 時 会 場
Ⅲ. 放射線感受性 分子機構：損傷応答 損傷修復
重粒子線照射 試料内 生 活性酸素種 分布 解析
重粒子医科学センター 粒子線生物研究グループ 松本 謙一郎
Ⅱ. 放射線感受性 個人差 解明
用 放射線治療最適化
重粒子医科学センター ゲノム診断研究グループ 道川 祐市、岩川 眞由美、今井 高志
Ⅰ. 幹細胞研究
iPS細胞 出現 捉
重粒子医科学センター
先端遺伝子発現研究グループ 荒木 良子
第53巻 第02号
2 0 1 0 . 0 2
Vol. 53
04
06
08
12
14
16
18
〜 開催 〜
重粒子医科学センター 先端遺伝子発現研究グループ シンポジウム実行委員長 安倍 真澄
特集／放医研第9回重粒子医科学
「先端科学 社会 接点」
Possibility of Cancer Stem Cell Targeting Heavy-Ion Radiotherapy
幹細胞 重粒子線 治療 可能性
Sei Sai and Ryuichi Okayasu
Heavy ion Radiobiology Research Group, Research Center for Charged Particle Therapy, National Institute of Radiological Sciences, Chiba, Japan.
重粒子医科学センター 粒子線生物研究グループ 崔 星、岡安 隆一
幹細胞 標的 ・
内用放射線治療 可能性
福井大学 高エネルギー医学研究センター 吉井 幸恵、古川 高子2、藤林 靖久1,2
1：福井大学 高エネルギー医学研究センター
2：放射線医学総合研究所 分子イメージング研究センター
生命情報工学 医学 応用
−細胞特性予測 化学物質影響診断 最前線−
独立行政法人産業技術総合研究所 生命情報工学研究センター 細胞機能設計チーム 藤渕 航
Homologous Recombination Repair
重粒子線 作 複雑 損傷
重粒子医科学センター 粒子線生物研究グループ 加藤 宝光
Analysis of DNA Double Strand Break Repair Following Heavy Ion Irradiation
重粒子線照射後 DNA二重鎖切断修復 解析
Angela T. Noon1,2,Takamitsu Kato2, Ryuichi Okayasu2, Penny A. Jeggo1 1：Genome Damage and Stability Centre,University of Sussex, Brighton BN1 9RQ, UK
2：Heavy-Ion Radiobiology Research Group, Research Centre for Charged Particle Therapy, National Institute of Radiological Sciences, Chiba, Japan 国際オープンラボラトリー 粒子放射線分子生物学ユニット及び 重粒子医科学センター 放射線生物研究グループ
ADP- 化 放射線応答、放射線感受性
国立がんセンター研究所 生化学部
益谷 美都子、白井 秀徳、荻野 秀樹、橋本 安希、杉村 隆
20
重粒子医科学センター 鎌田 正
Ⅳ. 治療 放射線治療 重粒子線治療 位置
医療現場 物理工学的対応
重粒子医科学センター 物理工学部 蓑原 伸一
臨床 物理工学 呼応 生物学研究
重粒子医科学センター 粒子線生物研究グループ 古澤 佳也
重粒子医科学センター 丹羽 太貫
臨床家 夢
重粒子医科学センター 鎌田 正
物理屋 夢
重粒子医科学センター 物理工学部 白井 敏之、野田 耕司
38
編集後記
知 第 16 回 公開講座 特別編
22
27
「知的財産」・「産学連携」
「安心」・「豊 」 社会
国立大学法人千葉大学産学連携・知的財産機構 片桐 大輔 連載／知財 知 （2）
29 30 31
32 33 34 36
39
第１日目 １２月１８日（ 金 ）
時 間 及 演題 座長・演者
9：25- 9：30 開会 辞 米倉 義晴（放医研 理事長）
9：30-10：30 特別講演 座長 安倍 真澄
iPS細胞技術 神経研究 岡野 栄之（慶應大）
10：30-10：45
Ⅰ. 幹細胞研究 座長 丹羽 太貫（ 放医研 ）
10：45-11：15 iPS細胞 出現 捉 荒木 良子（放医研）
11：15-11：45 幹細胞 重粒子線 治療 可能性 崔 星（放医研）
11：45-12：15 幹細胞 標的 ・内用放射線治療 可能性 吉井 幸恵（福井大）
12：15-13：30 昼 食
Ⅱ. 放射線感受性 個人差 解明 座長 今井 高志（ 放医研 ）
13：30-14：00 用 放射線治療最適化 道川 祐市（放医研）
14：00-14：40 生命情報工学 医学 応用：細胞特性予測 化学物質影響 藤渕 航（産総研）
診断 最前線 14：40-15：00
Ⅲ. 放射線感受性 分子機構：損傷応答 損傷修復 座長 岡安 隆一（ 放医研 ）
15：00-15：30 重粒子線照射 試料内 生 活性酸素種 分布 解析 松本 謙一郎（放医研）
15：30-16：00 Homologous recombination repair 重粒子線 作 複雑 損傷 加藤 宝光（放医研）
16：00-16：30 Analysis of DNA double strand break repair following heavy ion irradiation Angela Noon（放医研）
16：30-17：10 ADP- 化 放射線応答、放射線感受性 益谷 美都子（国立 ）
17：10-17：30 全体討論 座長 岡安 隆一（放医研）
17：30-19：30 懇談会 （於重粒子推進棟１階食堂）
第２日目 １２月１９日（ 土 ）
時 間 及 演題 座長・演者
Ⅳ. 治療 放射線治療 重粒子線治療 位置 座長 鎌田 正（ 放医研 ）
10：00-10：30 鎌田 正（放医研）
10：30-11：10 医療現場 物理工学的対応 蓑原 伸一（放医研）
11：10-11：50 臨床 物理工学 呼応 生物学研究 古澤 佳也（放医研）
11：50-13：20 昼 食
Ⅴ. 放射線科学 社会 接点 座長 溝江 純悦（ 放医研 ）
13：20-13：50 丹羽 太貫（放医研）
13：50-14：20 臨床家 夢 鎌田 正（放医研）
14：20-14：50 物理屋 夢 白井 敏之（放医研）
14：50-15：00 閉会 辞 鎌田 正（放医研）
プログラム 重粒子医科学センター
先端遺伝子発現研究グループ グループリーダー シンポジウム実行委員長
安倍 真澄
〜 開催 〜
安倍 真澄（Masumi Abe）
放射線科学 Radiological Sciences/M. Abe,Vol.53 No.2（4-5）2010
2009 年 12 月 18-19 日多 方々、163 名（所外 32 名、
所内 131 名）、 参加 頂 、第 9 回重粒子医科学
、「先端科学 社会 接点
粒子放射線生物研究 展開 先進治療」 開
催 。
慶應義塾大学医学部教授・岡野栄之先生 、
ES iPS 細胞 再生医学 利用 関 最新
研究 御講演 行 （第 1 日目午前 9 時
半 :iPS 細胞 用 神経再生戦略）。 、
多能性 有 、違 無 思 異
細胞 樹立 iPS 細胞株 、実 、発
性 重要 点 明 異 明
一方 、「iPS 細胞 再生医療 用
」 強 感 情報 次々
生 出 。iPS 細胞 ES 細胞
確 可能性 改 認識 、一方 、
細胞 （事前）評価 如何 重要 再認識
。（臨床使用 ）適当 、即 、将
来問題 起 iPS 細胞、ES 細胞 予
選 可能 、再生医学 向 、大
困難 克服 。
多能性幹細胞 用 再生医学 道筋 見
始 、聞 者 興奮 抑
出来 講演 。
全体 、着実 実績 蓄積 、
世界 重粒子線治療
支 物理工学部門 紹介
、生物系基礎部門 、 将来
貢献出来 、
、 先端科学 基盤 先端医療 我々個々
将来 豊 関係 、感
目標 。重粒子線効果 実際 分
子生物 言葉 語 始 印象的 。又、
癌幹細胞 最先端 確 成果 、一
方 研究 、 具体的 目標
取 組 紹介 、生物研究 医学 貢献 、
急速 増 現状 、御講演
先生方 掛 紹介
、将来 生物学 重粒子線治療 貢
献 確信 。一方 、重粒子治療 本
体 臨床及 物理工学部門 、既 着実 成果
超 、世界 、
、質的 次 挑戦 始
確 実績 紹介 。
5
放射線科学 Radiological Sciences/M. Abe,Vol.53 No.2（4-5）2010
Feature:9th Symposium of Research Center for Charged Particle Therapy
4
特集 放医研第
9回重粒子医科学
﹁先端科学社会接点﹂
特集／放医研第9回重粒子医科学 「先端科学 社会 接点」
岡野先生（慶應大） 特別講演 様子
6 放射線科学 Radiological Sciences/R. Araki,Vol.53 No.2（6-7）2010 特集 放医研第
9回重粒子医科学
﹁先端科学社会接点﹂
特集／放医研第9回重粒子医科学 「先端科学 社会 接点」
Ⅰ. 幹細胞研究
iPS細胞 出現 捉
荒木 良子（Ryoko Araki）
重粒子医科学センター 先端遺伝子発現研究グループ 荒木 良子
7
放射線科学 Radiological Sciences/R. Araki,Vol.53 No.2（6-7）2010
Feature:9th Symposium of Research Center for Charged Particle Therapy
iPS 細胞化 、遺伝子導入 体細胞 多能
性 有 胚性幹細胞 細胞系譜 転換 、
最初 、 胚性繊維芽細胞（mouse embryonic fibroblast：MEF ） 4 遺伝子、Oct3/4、 Klf4、 Sox2、
c-Myc 用 導入
示 。 現象 「生物学」 追 求
「cell lineage conversion；細胞系譜転換」
、 遺伝子導入 達成 点
、 理解 大 進 可能性 有 。
後、癌遺伝子 c-Myc 遺伝子 用 方
法 、 傷 用 生成
法 見出 。一方 、組織幹細胞 、 程度
幹細胞化 進 、4 種類全 用 必
要 示 。
、 「安全 iPS 細胞」 作成 向 多 研究 急速 進 一方 、iPS 化 分子機構
未 明 。
主 理由 、iPS 細胞 生成 、極 低 頻度 、
、 起 現象
起因 。 線維芽細胞（MEF）
用 場合、iPS 遺伝子 含
感染後約 2 週間 千個 1 個程度 割合 出
現 。 胚性幹細胞（以下、幹細胞） 遺
伝子 発現 指標 、2 週間待 、
感染後 8 〜 9 日目 出現 確認 可能 。更
遡 感染 5 日目 幹細胞
染色 細胞
数観察 、 後、 一部
、 幹細胞 SSEA1
発現 細胞 出現 。 一部 上述
二週間後 iPS 細胞 形成 。一
方、iPS 細胞 初期
不可能 為、感染 MEF 全体 用 解析
、遺伝子発現 指標 研究 進 、感
染後 4 日目 幹細胞 遺伝子 発現 、確認
。
、最 興味深 、cell lineage conversion
、即 、線維芽細胞 幹細胞 転換 瞬間
未 捉 、感染後三日間 、全
。我々 、 三日間
起 現象 捉 試 。 期待
「先祖線維芽細胞：ancestral fibroblast」 発見 「線
維芽細胞 → 幹細胞 cell lineage conversion 瞬
間」 突 止 。
目的 為 我々 既存 time-lapse 装置 改 良 。従来 Time-lapse 装置 、特定 細胞 時
系列 追 、 変化 観察 （数
時間 長 数日）。一方我々 装置 、3,000 〜
10,000 繊維芽細胞 2 週間観察 能力
有 。 結果、蓄積 情報 数千 1
膨大 量 （従来 1,000 〜 10,000
倍）。 情報 2 週間後
出現 iPS （3 〜 10 個 iPS
出現 期待 ） 、 「感染時」 遡
、iPS 出現 瞬間 捉 。60 分間
間隔 観察 、2 週間目 出現 iPS
感染後「3 日目」 遡 。興味
深 、 段階 、細胞 未 「繊維芽細胞」
形状 呈 、巣篭 状 小 細胞塊 形成
。 、少 小 、動 鈍
見 。 我々 観察 、遺伝子発現解析
支持 。 感染後「3 日目」、即 72 時間後
MEF 調製 RNA 画分 幹細胞
Fgf4 存在 確認 。
、iPS 細胞出現時 時 同 膨大 数 球状
小 細胞 、iPS 出現 「場」 出現
見出 、更 、即 、感染後
2 日目以前 遡 困難 。 、
細胞 出現 cMyc 遺伝子 導入 見出
。 、我々 細胞数 1/4 、観
察条件 最適化 試 。更 60 分間
観察 、正確
明 。即 、繊維芽細胞 iPS 細胞
「細胞系譜転換」 細胞 追跡 為 、一
一 細胞 増殖過程 正確 連続的 追
必須 。 為 更 短 時間間隔（7.5
分間〜 12 分間以下） 要求 。 観察
条件 最適化 結果、100 個以上 iPS 観
察 、更 約 30 個 感染時 遡
成功 、 「先祖線維芽細胞」 見出
。 結果 予想 形態上
不当分裂 、線維芽細胞 形態的 等分裂
生 、 一方 子孫 線維芽細胞 何度 分裂
感染 2 週間後 死
対 、他方 子孫 、線維芽細胞 形状 有 、
数回 分裂 後、徐々 iPS 細胞状 変化 。
「不等分裂」 経 iPS 化
見 。 、何 驚 、
感染後「48 時間」、即 2 日以内 細胞系
譜 転換 始 （ 段階 繊維芽細胞
形状） 。更 24 時
間以内 転換 開始 。
今回、我々 iPS 生成 最初 「三日間」 何 起
初 明 、体細胞
幹細胞 「細胞系譜転換」 可視化 成功 1) 。
今回開発 観察技術 、iPS 化 、
内 再現 、夢 、「発癌過程」
「分化 決定過程」 観察 可能
。現在 、明視野 加 、複数 蛍光観察 可
能 為、特定 遺伝子 着目 経時変化 情報 形
態変化情報 加 解析 可能 。 、
我々 観察中 、最終的 iPS
、途中 iPS 失敗
産物 明 。現在、iPS
因子 探索 激 競争 世界 展開
、今回示 観察
因子 高感度 大 貢献 期待
。
参考文献
1）Araki R, Jincho Y, Hoki Y, Nakamura M, Tamura C, Ando S, Kasama Y, and Abe M.
Conversion of ancestral fibroblasts to induced pluripotent stem cells, Stem Cells, 28, 213-220, 2010
8 放射線科学 Radiological Sciences/S. Sai,Vol.53 No.2（8-11）2010 特集 放医研第
9回重粒子医科学
﹁先端科学社会接点﹂
特集／放医研第9回重粒子医科学 「先端科学 社会 接点」
Ⅰ. 幹細胞研究
Possibility of Cancer Stem Cell Targeting Heavy-Ion Radiotherapy
幹細胞 重粒子線 治療 可能性
岡安 隆一（Ryuichi Okayasu）
＊1Sei Sai and 1Ryuichi Okayasu
1：Heavy ion Radiobiology Research Group,
Research Center for Charged Particle Therapy,
National Institute of Radiological Sciences, Chiba, Japan.
Corresponding Author：＊Sei Sai, e-mail address: [email protected] 重粒子医科学センター 粒子線生物研究グループ
崔 星
重粒子医科学センター 粒子線生物研究グループ
岡安 隆一 崔 星（Sai Sei）
9
放射線科学 Radiological Sciences/S. Sai,Vol.53 No.2（8-11）2010
Feature:9th Symposium of Research Center for Charged Particle Therapy
Abstract
To determine the effects of carbon ion radiation on cancer stem cells and its relation to radiocurability, human colon cancer cells HCT116 were used in vitro and in vivo. The xenograft tumors re-grew after 60 days when irradiated with 15 Gy carbon ion, but all the tumors were eradicated without relapse in the 90 days follow- up when irradiated with 30 Gy. In comparison, the tumors were suppressed for 31 days with 30 Gy and eradicated with 60 Gy X-ray radiation. The relative biological effectiveness （RBE） value of carbon ion relative to X-ray was 3.82. FACS analysis showed that the percentage of cancer stem cell markers such as CD133, EpCAM, and CD44 were more significantly increased after X-ray compared to carbon ion radiation. At an isodose of 30 Gy, carbon ion radiation predominantly suppressed expression of CD133, EpCAM, and CD44, whereas X-ray increased expression of those cancer stem cell markers in xenograft tumors. In conclusion, heavy ion radiation can effectively disrupt cancer stem cells compared to conventional X-ray, implying that heavy ion radiation can be a powerful cancer stem cell targeting therapeutics.
Introduction
Radiation therapy is an effective nonsurgical intervention for colon cancer, but most of the tumors
invariably recur after radiation therapy. Therefore, determination of the mechanisms of recurrence and radioresistance in these tumors and others could lead to advances in the treatment of cancer.
Recently, cancer stem cells, a minority subpopulation of cells that have the capacity to self-renew, have been identified in a growing number of solid tumors, and are typically recognized by virtue of the expression of cell surface markers, such as CD133, CD44, and EpCAM1）. Over the past decades, heavy ion radiotherapy has been successful in treating many kinds of human cancers, including lung, liver, prostate, sarcoma etc. 2）. However, there is no report about the effects of heavy ion radiation on cancer stem cells regards to tumor control. In the present study, we try to explore the influences of carbon ion radiation on expression of cancer stem cell markers and its relationship to radiocurability of xenograft tumors in nude mice.
Materials and Methods Cell lines
The colon adenocarcinoma cell line HCT-116 was cultured in Dulbeccoʼs Modified Eagleʼs Medium
（DMEM） （Invitrogen） supplemented with 10 % with heat-inactivated 5 %（v/v） fetal calf serum, 100 unit/mL penicillin and 100 µg/mL streptomycin
（Invitrogen） in a 37 ℃ with 5 ％ CO2-in-air. The medium was changed every other day.
Animals and Xenograft transplantation
BALB/cAJcl-nu/nu male mice （5-week- old） were purchased from CLEA Japan, Inc. Tokyo, Japan. All surgical procedures and care administered to the animals were in accordance with the NIRS Animal Care and Use Committee.
Radiation
Mice were irradiated with carbon ion beams accelerated by the HIMAC at NIRS in Japan. The details concerning the beam characteristics of carbon ion beams, biological radiation procedures, and dosimetry have been described elsewhere（2）. As a reference, mice were also irradiated with conventional 200 kVp X-ray （Pantac HF-320S, Shimadzu Co., Tokyo） at NIRS.
Gross Morphology and Histopathology
Xenograft tumors from different groups were fixed in 10 % neutral formalin and processed in paraffin-embedded followed by sectioning （4 µm）
onto slides. Sections were stained with hematoxylin and eosin （HE） and assessed microscopically.
Tumor Growth Delay and Relative Biological Eff ects The tumor growth delay （TGD） of xenograft tumors after treatment with X-ray or carbon ion was estimated at the tumor volume of 600 mm3. The relative biological effectiveness （RBE） of carbon ion at the middle of a 6-cm SOBP relative to X-ray was calculated by Kaleidagraph software.
FASC Analysis
FACS analysis for the cells irradiated with X-ray or carbon ion was performed according to the manufacturer's protocol（FACS；Aria, BD Bioscience）.
Immunohistochemistry
Immunohistochemical study was performed by the avidin-biotin complex （ABC） method using Vectastain rabbit IgG kit（Vector Laboratories）.
Anti-CD133（AC133, human monoclonal, Miltenyi B i o t e c ）, a n t i - C D 4 4（ m o u s e m o n o c l o n a l , B D Transduction Labs）, and anti-EpCAM（mouse monoclonal, Acris Antibodies GmbH） were used.
Western blotting
Western blot analyses were performed as previously described. The monoclonal antibodies used were anti-CD133, anti-EpCAM, anti-CD44, and anti-b-catenin.
Statistical analysis
One-way ANOVA and Bonferroni multiple comparison tests were used when mean differences between the groups were evaluated by StatView software. For all comparisons, values less than 0.05 were defined as significant.
Results
Tumor Growth Control by Carbon ion vs X-ray Radiation At an iso dose of 30 Gy, Treatment with X-ray radiation only suppressed tumor growth for 31 days, whereas carbon ion radiation increased tumor size at the initial 6 days and then gradually decreased. The tumor was finally disappeared after 90 days follow up without relapse.
Tumor Growth Delay and Relative Biological Eff ects of Carbon ion relative to X-ray Radiation
The tumor growth delay of xenograft tumors after treatment with 15 Gy and 30 Gy of X-ray was 5 and 28 days, whereas treatment with 5 Gy and 15 Gy by carbon ion was 12 and 82 days, respectively, when estimated at the time of tumor regrew to a volume about 600 mm3. The RBE value of carbon ion at the middle of a 6-cm SOBP relative to X-ray was calculated as 3.82.
Gross Morphological and Histopathological Changes after Carbon ion vs X-ray Radiation
Carbon ion radiation predominantly induced colon cancer cell cavitations, fibrosis and most of the cells were killed and the duct-like architecture was completely disrupted. In contrast, X-ray radiation only partially destroyed colon cancer cells and the duct-like architecture still remained.
Expression of CD133, EpCAM, and CD44 after Carbon ion vs X-ray Radiation
In vitro study by FACS analysis showed
10 放射線科学 Radiological Sciences/S. Sai,Vol.53 No.2（8-11）2010 特集 放医研第
9回重粒子医科学
﹁先端科学社会接点﹂
11
放射線科学 Radiological Sciences/S. Sai,Vol.53 No.2（8-11）2010
Feature:9th Symposium of Research Center for Charged Particle Therapy
0Gy
3.3%
High-HCT116 CD133 004 001
High-HCT116 CD133 004 001
FITC-A
PE-A 102-30103104105
102 0
-31 103
Q1 Q2
P2
P3
Q3 Q4
104 105
Count
PE-A
100500150200250300
102 0
-31 103 104 105
9.2%
X-2Gy
P2
P3
Q1 Q2
Q3 Q4
FITC-A
PE-A 1020-24103104105
102 101
0 103 104 105
Count
PE-A
100500150200250
102 101
0 103 104 105
High-HCT116 X-2Gy CD133 001
High-HCT116 X-2Gy CD133 001
2.7%
0Gy
P2
P3
Q1 Q2
Q3 Q4
Count
PE-A
5025075100125
102 101
-51 103 104 105
FITC-A
PE-A 102-3001103104105
102 0
-51 103 104 105
High-HCT116 0Gy CD133
High-HCT116 0Gy CD133
4.5%
Cion-1Gy
P2
P3
Q1 Q2
Q3 Q4
FITC-A
PE-A 1020-40103104105
102 101
0 103 104 105
Count
PE-A
5025075100125
102 101
0 103 104 105
High-HCT116 C-1Gy CD133
High-HCT116 C-1Gy CD133
that the percentage of cancer stem cell markers such as CD133, EpCAM, and CD44 were more significantly increased after X-ray compared to carbon ion radiation. At an isodose of 30 Gy, carbon ion radiation predominantly suppressed expression of CD133, EpCAM, and CD44. In comparison, X-ray significantly increased expression of those cancer stem cell markers in xenograft tumors.
Discussion
FACS analysis of in vitro study clearly showed that the percentage of cancer stem cell markers, CD133, EpCAM and CD44 were more significantly enhanced by X-ray in a dose dependent manner compared to carbon ion radiation. Western blotting and immunohistochemitry of in vivo studies demonstrated that carbon ion radiation significantly
Figure 1
A：Representative figures of in vitro study by FACS analysis of CD133 after 72 h X-ray or carbon ion radiation.
B：Expression changes of CD133, EpCAM and CD44 in the HCT116 xenograft tumours after treated with carbon ion or X-ray radiation for 1 month.
Non-IR
CD133
EpCAM
CD44
ß-actin
X-ray 30Gy C-ion 30Gy
A
B
suppressed expression of cancer stem cell markers CD133, EpCAM as well as CD44, whereas X-ray radiation remarkably increased these protein levels in xenograft tumors at an isodose of 30 Gy. We also found that carbon ion radiation predominantly induced colon cancer cell cavitations, fibrosis and completely disrupted duct-like structure, whereas X-ray radiation only partially disrupted colon cancer cells and the duct-like structure still remained, when the xenograft tumors histopathologically examined after one month. The RBE value of carbon ion relative to X-ray was 3.82, suggesting that heavy ion radiation have more than 3 times of biological effects on the tumor control capability. All together, our findings presented here highlight the potential benefits of utilising heavy ion treatment for effectively targeting otherwise highly resistant cancer stem cells.
References
1）Zou GM. Cancer initiating cells or cancer stem cells in the gastrointestinal tract and liver.. J Cell Physiol. 2008, 217（3）：598-604.
2）Kanai T, Matsufuji N, Miyamoto T, et al. Examination of GyE system for HIMAC carbon therapy. Int J Radiat Oncol Biol Phys 2006；64：650-6.
和訳
近年、大腸癌、膵臓癌、 多 腫
瘍 癌幹細胞 存在 確認 、再発 転移、
化学療法 放射線抵抗性 強 関与 報告
。
重粒子線 X 線 抗癌剤抵抗性 種々 治
療 有効的 、今回、 大腸癌由来
HCT116 細胞 用 、in vitro 及 in vivo 、炭 素線照射（ 290MeV/u、 50keV/um、SOBP 中心） X
線照射 癌幹細胞 影響及 移植腫瘍増殖遅
延、治癒 関連 検討 。X 線 15、30 Gy
照射 5、28 日間 腫瘍増殖遅延 認
、60 Gy 腫瘍 治癒 認 。一方、炭
素線 5、15 Gy 照射 12、82 日間 腫瘍
増殖遅延、30 Gy 照射 腫瘍 治癒 認 。
腫瘍増殖遅延曲線 X 線 対 炭素線 RBE
3.82 算出 。In vitro 及 in vivo
FACS 解析 、癌幹細胞 CD133+、
EpCAM+、CD44+ 細胞 割合 、炭素線照射 比
X 線照射 線量依存的 有意 増加 認
、 発現 X
線 30Gy 照射 増強 炭素線 30Gy 照射
有意 抑制 in vivo 実験 確認
。
以上 、癌幹細胞 有効
癌細胞死滅効果 重粒子線 治療 高 治癒率
考 。
12 放射線科学 Radiological Sciences/Y. Yoshii,Vol.53 No.2（12-13）2010 特集 放医研第
9回重粒子医科学
﹁先端科学社会接点﹂
特集／放医研第9回重粒子医科学 「先端科学 社会 接点」
Ⅰ. 幹細胞研究
幹細胞 標的
・内用放射線治療 可能性
福井大学 高エネルギー医学研究センター 吉井 幸恵
[email protected] 古川 高子2、藤林 靖久1,2
1：福井大学 高エネルギー医学研究センター
2：放射線医学総合研究所 分子イメージング研究センター 吉井 幸恵（Yukie Yoshii）
13
放射線科学 Radiological Sciences/Y. Yoshii,Vol.53 No.2（12-13）2010
Feature:9th Symposium of Research Center for Charged Particle Therapy
固形腫瘍内部 酸素 十分 供給
低酸素領域 存在 、 悪性化 関与
知 。我々 、
低酸素領域 集積性 示 Positron Emission Tomography（PET）用 放 射 性 薬 剤64Cu-diacetyl-bis
（N4-methylthiosemi-carbazone）（64Cu-ATSM） 開発
、研究 進 1-3）。一方、 臨床研
究 、Cu-ATSM 集積腫瘍 高 治療抵抗性 示 、
転移能 高 報告 4-7）。 高
治療抵抗性、転移能 特性 、近年研究
進 「 幹細胞」 示 特徴的 性質
。 、64Cu-ATSM 集積領域 、
腫瘍内 「 幹細胞 居場所」（ 「
幹細胞 」） 考
。本講演 、我々 最新 研究成果 基 、
64Cu-ATSM 腫瘍内 幹細胞局在領域 標的
並 内用放射線治療 可能性
話 。
図：64Cu-ATSM 内用放射線治療 概念図
悪性腫瘍
低酸素領域
内用放射線治療
64
Cu
64Cu-ATSM
ß‒
ß
+（hν）
PET画像診断・
幹細胞 標的
関 研究
64Cu-ATSM 集積特性 明 大腸 （Colon26）腫瘍
用 、腫瘍内 64Cu-ATSM 分布 幹
細胞 分布 法及 免疫組織
染色法 用 検討 。 幹細胞
、CD133 用 。 結果、64Cu-ATSM 高集積 領域 、他 領域 比 、CD133+細胞 割合 比
較的高 明 。 、Colon26 細胞
CD133+細胞 高 形成能・高腫瘍形
成能・低酸素耐性 幹細胞様 性質 有
確認 。以上 、64Cu-ATSM
腫瘍内 幹細胞局在領域 標的
有用 可能性 示 。
幹細胞 標的
内用放射線治療 関 研究
放 射 性64Cu 、PET 検 出 核
種 同時 、細胞 障害 与 ß‒線 放
出 核 種 （ 左 図 ）。 、
64Cu-ATSM 、腫瘍内 幹細胞局在領域 標的
、内用放射線治療
応用 考 。 、上述 Colon26
腫 瘍 用 、64Cu-ATSM 内 用 放 射 線 治 療
応 用 可 能 性 検 討 。 結 果、
64Cu-ATSM 治療量投与 、腫瘍 縮小
、 幹細胞比率 減少 、転移能
抑制 明 。
、64Cu-ATSM 幹細胞局在領域 標的
内用放射線治療 応用 可能性 示 考
。
参考文献
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4）Dehdashti et al. （2003） Int J Radiat Oncol Biol Phys. 55, 1233-8.
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14 放射線科学 Radiological Sciences/Y. Michikawa,Vol.53 No.2（14-15）2010 特集 放医研第
9回重粒子医科学
﹁先端科学社会接点﹂
特集／放医研第9回重粒子医科学 「先端科学 社会 接点」
Ⅱ. 放射線感受性 個人差 解明
用 放射線治療最適化
重粒子医科学センター ゲノム診断研究グループ 道川 祐市
重粒子医科学センター ゲノム診断研究グループ
岩川 眞由美、今井 高志 道川 祐市（Yuichi Michikawa）
15
放射線科学 Radiological Sciences/Y. Michikawa,Vol.53 No.2（14-15）2010
Feature:9th Symposium of Research Center for Charged Particle Therapy
緒言
癌患者 放射線感受性 多様性 、個人毎
放射線治療制御効果 有害反応 重篤度 異 。
近年 研究成果 、癌患者 遺伝的多様性 放射
線感受性 多様性 影響 及 明
。筆者 所属 研究
、 多様性 着目 放射線治
療 資 遺伝子群 同定 、将来的 放射線治療
最適化 展開 目指 （図 1）。本
稿 研究戦略 成果、 今後 展
望 概説 。
大規模候補遺伝子
培養細胞 実験動物 実験系 全
発現解析技術 利用 基礎研究 解析対象遺伝
子 選出 、 後 臨床 疫学研究 各遺伝子
上 多型 臨床因子多様性 関連性 統計
学的手法 検証 。 実験系
放射線 照射 際 制約 少 研究手
法 機動性 高 、放射線応答 関与 遺伝子 大
規模 詳細 解析 。
基礎研究 選出 候補遺伝子 137 個 中 、
細胞分裂時 核染色体分配 関 PTTG1 遺伝子
図1：放射線治療最適化
基礎科学的知見 積 上 型大規模候補遺伝子研究 、既存 知見 全 可能性 絞 込 型全 網羅的研究 両方 目的 達成 不可欠。
全 網羅的研究
全 網羅的多型解析、統計、
放射線治療 資 遺伝子群
臨床診断薬 開発 解明
大規模候補遺伝子研究
全 発現解析、選択的多型解析、統計、
細胞間相互作用 関与 細胞膜表面糖
質CD44 遺伝子等 6 遺伝子 1 塩基多型（SNP）
乳癌患者 399 名 光子線治療 有害反応
統計学的 有意 関連 示 明 1）。
、前立腺癌患者 炭素線治療後 誘発 泌
尿器系 有害反応 乳癌 異 5 遺伝子 SNP
関連性 示 2）。
全 網羅的
解読直後 着手 全体
網羅 多型 解析手法 近年 整備
、個々 遺伝子 関 事前 知
見 必要 臨床 疫学研究 遂行
。筆者 研究 、SNP
多様性 大 多型
利用 全 網羅的 解析 進 。
結果、47 個 領域 位置 光子線
治療 有害反応 有意 関連性 示 明
。 中 神経軸索伸長制御 血管形
成制御、細胞死制御 多様 生理機能 有
着目 Semaphorin3A 遺伝子 転写調節
領域 位置 存在 。 培養繊
維芽細胞 Semaphorin3A 遺伝子 発現量
siRNA 抑制 、有意 放射線抵
抗性 向上 認 （論文投稿中）。
今後 展望
成果 放射線治療 資 遺伝子
上 数多 存在 判明
、特定 遺伝子 着目 不十分
。放射線治療 資 遺伝子群 全貌 明
、 今後 型大規模候補
遺伝子研究 型全 網羅的研究
両方 併用 進 大切 。 個々
遺伝子多型 組 合 細胞・個体 全体
及 影響 、 手
法等 駆使 正 理解 必要 。
、将来的 放射線治療最適化 、臨床現
場 簡便 迅速 利用 多型 解析
技術3 - 6） 整備 必要 考 。
文献
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