加速器中性子による医学用RI製造

加速器中性子による医学用RI製造
JAEA11月5日
永井泰樹 (JAEA)
内容
•
核医学診断・治療
•
新RI製造法
•
医薬品開発
•
今後
Association of Imaging
Producers & Equipment
Suppliers (EU)
RIを用いた核医学診断と治療
► 核医学診断
RI含有医薬品を生体に注射
ガンマカメラで撮像
臓器の働き具合（機能）
► CT, MRI, 超音波検査
不具合箇所の場所・形・大きさ
► PET (ポジトロン断層法)
ブドウ糖代謝を映像化する18F(FDG)
► FDG (フロロデオキシグルコース)
➪ 脳血流量・酸素消費量
脳動脈硬化が原因
99Tcを用いたSPECT診断(単一光子放射断層撮影)
• 半減期: 6時間
• γ線エネルギー: 141 keV(ガンマカメラ)
•
235U核分裂:
多量・無担体
⇒医学診断の80%以上.世界 3000万件/年
⇒日本 100万件/年(37000 GBq/週):全輸入
市場規模：450億円
ガンマカメラ
無担体
生成RI(量)/標的(量) ≈ 10-6∼ 10-8
生体注入: 標的除去
99Mo/99Tcジェネレーター発見
(Brookhaven NL)
FUJI FILM
◆ 99Mo の製造 : 高濃縮(36～93%) 235U の核分裂反応
◎ 比放射能高い.
◎ 多量に生成
× 余剰RIの処置・保管.
× 核不拡散に抵触
× 運転期限(2011年カナダ) × 故障頻発(高齢化)
99Mo/99Tc
将来展望: 現実的具体案: 世界に無い
99Mo/99Tc
次期計画挫折
源河次雄氏(資料)
99Mo/99Tc
ジェネレーター問題解決に向けて
◆ 原子炉: (IAEA)
► 低濃縮235U (20% 以下) 核分裂製造: {Australia (OPAL)}
5倍の238U試料: 余剰RI 5倍, 25倍の239Pu製造
► 98Mo(n,γ)99Mo: 余剰RI極少. 比放射能低い. {JMTR:国内需要20%}
◆ 加速器:
► 安定稼動への期待
► 陽子:
100Mo(p,pn)99Mo, 98Mo(p,γ)99mTc
100Mo(p,2n)99mTc:
→ 有効で無い !
0.3 GBq/(μA hr) at 7<Ep<17 MeV, 100Mo厚: 0.52 g/cm2
カナダ: 24 MeV cyclotron (国内需要: 8台必要)
► ガンマ線(40 MeV LINAC)
100Mo(
γ,n)99Mo:970GBq/(350μA×23hr×14.4g) at Ee=40 MeV, Idaho Univ.
► 高エネルギー中性子 (加速器): 未検討
100Mo(n,2n)99Mo
JENDL3.3(資料)
◎ (n,2n) 14 MeV 断面積最大
{(n,γ)断面積の10倍}
◎ 競合反応断面積: <1/500
余剰RI: 極めて少
◎ 核不拡散に抵触せず
◎ 試料: ∼ 1 モル
◎ 試料: 大気中に置く.
固体・液体・気体試料
◎ アクセス容易
◎ 安定供給
△ 比放射能低い
Y.Nagai and Y.Hatsukawa: J. Phys. Soc. Japan, 78 (2009) 033201
14 MeV 中性子: 100Mo(n,2n)99Mo 生成量
➪ 99Mo 生成量
100Mo(n,2n)99Mo
⇔
γ)99Mo
98Mo(n,
断面積 (10-24cm2)
1.4
0.14
中性子束(n/{cm2 s})
1013
1014
生成量(GBq/{g週})
70
70
Y.Nagai and Y.Hatsukawa: J. Phys. Soc. Japan, 78 (2009) 033201
70 GBq/(g週) から
➪ 100Mo 使用量 :
37000 GBq/週へ (要求量):
∼ 50 g 3.5 TBq/週
⇔ 37 TBq/週
要求量
➪ 加速器 10台(∼100億円): ∼35 TBq/週
一点集中 → 拠点分散
仮定: ◆ 中性子束: 1013 n/{cm2 s} [米国のリバモアー研, FNS 1012n/{cm2 s}]
◆ 100Mo: 100 % 高濃縮（天然 9.6%) {100Mo: 再利用}
14 MeV 中性子生成: 3H + d → n + 4He {Ed ∼ 0.35 MeV}
FNS (核融合中性子工学用中性子源施設)
稼動開始: 30年安定稼動中
1012 n/{cm2s}
電源 1億円, イオン源 0.1億円 {小栗氏(J-PARC)}
Energy spectrum from 3H(d,n)4He
Akkus et al.: Ann. Nucl. Energy (2001)
準単色性重要
今野力氏(資料)
G.J.Beyer CERN (2002)
原子炉で製造される医学用RI
山林尚道氏
資料
235U核分裂
➪ 90Sr, 99Mo, 131I, 133Xe
(n,γ) 反応
89Sr, 90Y, 117mSn, 153Sm, 169Er, 177Lu, 186Re
& 188Re
核医学用RI: 満たすべき条件
➪ 診断 (治療)
► 半減期: 数10 分 ∼ 数日 (標識化合物精製, 生体注射・効果)
► 50 keV以上のγ線放出: 撮像
► 標識化合物精製可能
► 無担体(標的元素: ×):生体への異物混入: ×
(RI数)/(標的元素数) ≈ 10-6 ∼ 10-8
➪ 無担体を得る
RI: 標的と異なる原子番号 ← イオン交換等で分離可能
► ベータ崩壊によるRI:
► 原子番号変化反応によるRI:
標的 + n → RI + p (4He)
14MeV 高速中性子の魅力
➪ 中性子反応
高いエネルギー状態
2n
n
4He
p
n( 熱)
A(Z,N-1)
A(Z-1,N+1)
A(Z,N)
RI
A(Z-2,N-1)
RI
標的
A(Z,N+1)
➪ RIと製造法
原子番号
高速中性子
変化有
熱中性子
変化無
半減期
短
数日以上
種類
多い
限定
標的量
多い
中
安定供給
高い
定期点検(停止)
RI
RIを用いた癌治療薬(ゼバリン)
♦90Y 癌治療薬(ゼバリン):
90Sr/90Y
★ 111Inと併用 (診断用)
Cyclotronで製造
ジェネレーター
2282 keV β-線: 癌細胞破壊
InとY生体内分布
不一致?
⇒ 90Y制動輻射
➪ 90Y 製造: 加速器
90Zr+n
→ 90Y+p
90Y(基底状態):
90Y
90mY活用:
750GBq/{50g 2.7 d}
石岡グループ
(励起状態):400GBq/{50g 2.7 d}
Y.Nagai, O.Iwamoto, N.Iwamoto. T.Kin, M.Segawa,
Y.Hatsukawa, and H.Harada: J. Phys. Soc. Japan, (2009) in press
PET 用RI
➪ PET用RI:
18F(半減期1.8時間)
► 長半減期 RI:
64Cu
(12 時間) : 世界が効率的製法開発中!
64Ni(p,n)64Cu
存在比(%)
0.9
生成量(GBq)
22
64Zn(n,p)64Cu
49
120/30g
(0.055g, 95%濃縮, 45μA)
現状FNS: 12 GBq/30g
全原子核 + 14 (20, 30 MeV) 中性子RI生成量評価:
論文執筆中
岩本修氏、岩本信之氏
医薬品開発とマイクロドーズ
医薬品開発
◆ 新薬を世に送出すための道程:
動物を用いた前臨床試験と人での臨床試験→安全性と有効性の確認
◆ 現在の問題点:
1) 経費莫大: 1個の医薬品開発費 → 2000億円
2) 開発期間:
平均12年
◆ わずか8% → 治験最初の段階「第１相試験」に入った物質で医薬品になる割合
第１相試験: 被検薬を動物実験後人に最初に行う段階
薬:体内をどの様に巡るか ? → 新薬開発頓挫、発売後副作用
◆ マイクロドーズの導入→ 臨床試験の効率化
動物実験後
治験開始前に行う
(通常薬1服/100以下か100μg以下の候補医薬品は生体に注射可)
→ 経費・開発期間縮小を目指す. (2003年EU, 2006年USA, 2008年日本)
医薬品開発とマイクロドーズ
➪ マイクロドーズ臨床試験の流れ
◆ 微量試薬の効果: 高感度検出法が不可欠.
1) AMS (質量分析器)
2) PET : 代謝反応 ( 短寿命RI)
3) SPECT (単光子検出法): 抗体反応検査に長寿命の多様なRIが不可欠
高速中性子による長寿命RI:マイクロドーズでも真価発揮
軽元素RI
◆ 人の血漿中の金属イオン濃度
軽金属元素の無担体RI：
殆ど生成されていない
金属無しでは生きられない
桜井弘(書籍)
バイオ工学で多用されるRI
➪ 32P, 33P, 35Sの製造
RI
T1/2
Target
(abund)
32S
React
Yield
(GBq/30g)
32P
14d
(95)
35Cl (76)
(n,p)
(n,α)
300
150
33P
25d
33S
(n,p)
156
35S
87d
35Cl
(n,p)
27
(0.8)
(76)
年間輸入量: 32P (308 GBq), 33P (47GBq), 35S (170 GBq)
メスバワー線源
➪ 57Coの製造:
58Ni(p,2p)57Co
57Co
(物質研究、教育)
Ep=22 MeV 500μA 11kW
水
Ni (50μ)
陽子
➪
58Ni(p,2p)57Co
断面積 (b)
58Ni(n,np)57Co
0.6
0.6
粒子束
1015
1013
Ni重量(g)
0.2 mg
28 g
FNS (JAEA) 施設・実験
◆ 断面積測定: 放射化法.
2009年1月, 9月
➪ 断面積高精度測定
➪ 加速器安定.
➪ FNS自作のトリチウム標的性能発揮
高速中性子によるRI国産化に向けて (医学・創薬・産業)
既存のRI
交流
基礎科学研究者
RI利用者 (医学・薬学・産業)
提言
新薬への道
新産業利用
適切なRI・新RI
開発
標的濃縮
化学精製
国内新産業
加速器等
高速中性子によるRI国産化に向けて (医学・創薬)
石岡グループ(高崎), 遠藤 (群馬大医)
RI国産化に向けて : 我々の道
1) 現在のFNSで可能な事を実行
99Mo/99Tcジェネレーター製造試験(千代田テクノル参画)
90Y, 64Cu等
(石岡グループ, 企業への働きかけ)
2) 高強度中性子化
➪ 中性子強度増強 → 1013 n/{cm2 s}
3) 化学精製法開発
4) 核反応データ収集
5) 標的濃縮法開発
6) 新RI活用法研究
7) その他
1) 予算獲得
FNS: 空調関係老朽化
2) 研究開発グループ
中性子高強度化
1) 3H(d,n)4He
大山幸夫氏 (資料提供)
◆ 3Hターゲット開発 ⇒ 3×1014 n/{cm2 s}
D.B. Tuckerman, UCID-20040
2) 12C(d,n)13N: 40 MeV d, 5 mA
◆ SPIRAL-2 (GANIL) : 建設決定 (2005)
⇒ ∼1015 n/s.
1.1×1014 {cm2 s}
99Mo/99Tc
: 世界の計画
◆ 加速器:
► カナダ:
1)
100Mo(p,2n)99mTc:
99Tc:
2)
238U(
24 MeV cyclotron. 0.3 GBq/(μA hr). 100Mo厚: 0.52 g/cm2
半減期6時間
γ,fission)99Mo: TRIUMPF
要技術開発
► 米国:
1) 100Mo(γ,n)99Mo: 970GBq/(350μA×23hr×14.4g) at Ee=40 MeV, Idaho Univ.
99Mo専用
{6000GBq/6日. (γ,n)} ⇔ {3500GBq/6日. (n,2n)}
まとめ
◆ RIの国内製造:
RIを用いた学術研究・応用研究に不可欠
◆ 高速中性子を用いたRI製造: 重要且つ魅力的
◆ 新RIの具体的活用:
★ 薬学・医学・画像技術 (一例)
★ バイオ・工業・農業・食物・学術研究での活用：数多
◆ FNS (JAEA):
世界に先駆けて開発研究を遂行できる環境
関心ある方: 是非一緒にやりましょう！
ご清聴ありがとうございました
協同研究者
初川雄一、原田秀郎、金政浩、瀬川麻里子、岩本修、岩本信之、
橋本雅史、高倉耕祐、落合謙太郎、今野力
謝辞（敬称略）
JAEA：大島真澄、小川徹、秋本肇、岡嶋成晃、湊和生、木村貴海、山西敏彦、
大山幸夫、横溝英明、岡田漱平、藤井保彦、籏野嘉彦、柴田徳思、
柴田恵一、橋本和幸、石岡典子、並木伸爾
KEK：片山一郎
東工大：細谷暁夫
京大：谷森達、佐治英郎
群馬大：遠藤啓吾
千代田テクノル：竹内宣博、山林尚道
住友重機：熊田幸生

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