JAEAタンデム加速器施設での Rn--211/At --211ジェネ …medsci/MedSci-Sympo2014/PubSlide/... · nat PPbb(7Li, Li, xxnn) 207--211AAtt ... At I. 26/30 S. Watanabe et al .,

「新規医療イノベーションのためのシンポジウム」「新規医療イノベーションのためのシンポジウム」20142014年年1111月月1010日日((月月))--11(11(水水)) 大阪大学会館大阪大学会館 講堂講堂

1/30

JAEAJAEAタンデム加速器施設でのタンデム加速器施設での

20142014年年1111月月1010日日((月月))--11(11(水水)) 大阪大学会館大阪大学会館 講堂講堂

JAEAJAEAタンデム加速器施設でのタンデム加速器施設でのRnRn--211/At211/At--211211ジェネレータ開発ジェネレータ開発RnRn--211/At211/At--211211ジェネレータ開発ジェネレータ開発

西中西中 一朗一朗

世界最大級の静電加速器（世界最大級の静電加速器（2020MVMV））多種のイオンビーム多種のイオンビーム

大強度大強度

西中西中 一朗一朗原子力機構原子力機構タンデム加速器タンデム加速器

原子力機構原子力機構

先端端先端端基礎研究基礎研究センターセンター

重原子核反応フロンティア研究重原子核反応フロンティア研究GrGrアルファ線放出核種アルファ線放出核種

内容内容2/30

•• 211211Rn/Rn/211211AtAtジェネレータプロジェクトジェネレータプロジェクト•• がん治療用がん治療用αα放射性同位体の新規供給方法放射性同位体の新規供給方法•• がん治療用がん治療用αα放射性同位体の新規供給方法放射性同位体の新規供給方法

•• 211211Rn/Rn/211211AtAtジェネレータ開発基礎実験ジェネレータ開発基礎実験•• 湿式化学分離（金沢）湿式化学分離（金沢）•• 湿式化学分離（金沢）湿式化学分離（金沢）

•• 乾式化学分離（乾式化学分離（JAEAJAEA））

•• 低融点金属低融点金属BiBi用照射装置開発用照射装置開発

•• 77LiLiイオンビームを用いたイオンビームを用いたAt,At, IIのの製造と利用製造と利用–– 77Li+Li+natnatPbPb、、77Li+Li+natnatSnSn–– 77Li+Li+natnatPbPb、、77Li+Li+natnatSnSn

•• まとめと今後、将来の計画まとめと今後、将来の計画•• まとめと今後、将来の計画まとめと今後、将来の計画

がん治療用がん治療用αα放射性同位体放射性同位体3/30

β放射性医薬品放射性医薬品 (90Y, 131I, 111In )

ββ線(90Y)

平均飛程 4000μm

αLET ～0.2 keV/μm

β 1000～10000

αβ 1000～10000

α β肺癌のα線(211At)

細胞死滅

α １

小さい癌大きい癌

αα β

の転移数

α線(211At)

平均飛程 70μmLET ～100 keV/μm

= 細胞10個分

α １

H. Song et al., Cancer Res. 69(2009)8941-8948.

LET ～100 keV/μm

211211Rn/Rn/211211AtAtジェネレータプロジェクトジェネレータプロジェクト4/30

211211AtAtの特徴の特徴7.2h 7.2h 短半減期：治療短半減期：治療効果効果 αα放射性同位体による放射性同位体による

新しいがん治療を目指して新しいがん治療を目指してハロゲン元素：薬剤合成ハロゲン元素：薬剤合成加速器でしか生成できない加速器でしか生成できないRI RI

利点：ジェネレータ（親核種211Rnから

新しいがん治療を目指して新しいがん治療を目指して

211Rn

核医学で注目されている211Atの一般的な合成反応とは違う反応での合成方法とその利点に着想

利点：ジェネレータ（親核種211Rnから生成する娘核種211Atを利用）

放射過渡平衡を利用して半減期を約２倍にする。長距離（日本全国、アジ

4x107211At7.2 h

212At 213At 214At

211Rn14.7 h

212Rn 213Rn 214Rn 215Rn 216Rn

α陽子数

２倍にする。長距離（日本全国、アジア地域）輸送が可能

Act

ivity

(dp

s)

2x107

3x107

4x10211211RnRn

211211RnRn--AtAt209209Bi(Bi(77Li, 5n)Li, 5n)211211RnRn

211Po25 s/0.5 s

7.2 h212At 213At 214At

α

α58％ 42％

陽子数

60 60 MeVMeV : 200 : 200 MBqMBq//μAμA

Act

ivity

(dp

s)0

107

2x107 RnRn--AtAt211211AtAt209209Bi(Bi(44He, 2n)He, 2n)211211AtAt

28 28 MeVMeV : 270 : 270 MBqMBq//μAμA

209Bi207Bi32 y

α 60 60 MeVMeV : 200 : 200 MBqMBq//μAμA

Time (h)

0 10 20 30 40028 28 MeVMeV : 270 : 270 MBqMBq//μAμA

207Pb

中性子数

211211Rn/Rn/211211AtAtジェネレータ開発基礎実験ジェネレータ開発基礎実験5/30

•• 209209Bi(Bi(77Li,5n)Li,5n)211211RnRn反応で生成した反応で生成した211211RnRnからから211211AtAtトレーサーを作るためのジェネレータートレーサーを作るためのジェネレーター211211AtAtトレーサーを作るためのジェネレータートレーサーを作るためのジェネレーターシステムの基礎検討システムの基礎検討

•• 湿式化学分離（金沢大）湿式化学分離（金沢大）

•••• 酸溶解＋有機溶媒トラップ＋溶媒抽出酸溶解＋有機溶媒トラップ＋溶媒抽出

•• 乾式化学分離（乾式化学分離（JAEAJAEA））•• 乾式化学分離（乾式化学分離（JAEAJAEA））

•• 乾式蒸留法＋コールドトラップ＋溶媒洗浄乾式蒸留法＋コールドトラップ＋溶媒洗浄

湿式化学分離概念図湿式化学分離概念図6/30

Al foil6M HNO3

mixing

Al foilremoval

211Rn211Rn

Separation

Org.6M HNO3

211Rn211Rn

Org.

211Rn

211RnMeOH 211Rn

211Rn

211At 211At211At

mixing

At

鷲山ら、第54回日本核医学会学術総会（2014）

照射、照射、211211RnRn製造製造7/30

前田、修論（2014）前田、修論（2014）

照射、照射、211211RnRn製造製造8/30

Nuclear Reactions & produced radionuclides

Rn-211Rn-210Rn-216

6n evaporation channel

5n evaporation channel

p+5n evaporation channelRn-209Rn-208

At-213

Rn-21114.6 h

Rn-2102.4 h

At-2108.1 h

Rn-216Compound

-nucleus

p+5n evaporation channel

At-2117.2 h

At-212

Rn-209Rn-208

Po-2075.8 h

Po-2068.8 d

Bi-209Stable 7Li-ion induced

Po-210138 d

Po-209

Bi-208

Po-208

Bi-207Bi-206Bi-205

Po-212Po-2110.5 s

209Bi(7Li, 5n)211RnStable Li-ion induced

Detectable nuclides by gamma spectrometry

Detectable nuclides by alpha spectrometry 600

700

800

900

Cro

ss s

ect

ion

[m

b]

G.J.Meyer & R.M.Lambrecht (1980)

Nishinaka et al.(1996)

Nishinaka et al.(unpublished)

M.Dasgupta et al.(2004)

209Bi(7Li, 5n)211Rn

Detectable nuclides by alpha spectrometry

200

300

400

500

600

Cro

ss s

ect

ion

[ M.Dasgupta et al.(2004)

210Rn&At

鷲山ら、第54回日本核医学会学術総会（2014）

0

100

35 40 45 50 55 60 65

Energy [MeV]

BiBi溶解、溶解、211211RnRn分離分離9/30

前田、修論（2014）

211211RnRn分離（分離（γγ線ス線スぺぺクトロメトリー）クトロメトリー）10/30

有機相

水相

前田、修論（2014）

有機相からの有機相からの211211AtAt逆抽出逆抽出11/30

8000

10000211At7.2 hα 58％42％

2000

4000

6000 211Po25 s/0.5 s

207Bi

α

α100％

0

2000

4 6 8 10

209Bi

207Pb

207Bi32 y

4 6 8 10

Co

un

ts /

2 ke

V 400 211gPo (516 ms)

Co

un

ts /

2 ke

V200

300

400211At (7.214 h) 5870 keV

Po (516 ms) 7450 keV

Co

un

ts /

2 ke

V

0

100

200

Energy (keV)

5000 6000 7000 80000

メタノール：98%収率前田、修論（2014）

湿式分離のまとめ湿式分離のまとめ12/30

211Rn 211At 210At 210Po 207Po

Bi211Rn 210At

6M HNO3211Rnmixing

Extractant

207Po

Bi211At 210Po

210Po210At211At

210Po210At

211At

211Rn

Extractant

207Po207Po210PoPoAt

Rn抽出率：>81%問題点：気相への移行

MeOH211Rn211Rn

Labelling

問題点：気相への移行

207Po

MeOH211Rn

211At

Rn

211At

Labelling

207Po207Po At

207Po

At逆抽出率：98% メタノール鷲山ら、第54回日本核医学会学術総会（2014）

Biodistribution of 211At-trastuzumab 1h post-injection

13/30

60

Direct astatination procedure, Lindegren et al. JNM49:1537

50

40

%IA

/g

211Rn/211At

211At

20

30

%IA

/g

211At

10

20

0

10

鷲山ら、第54回日本核医学会学術総会（2014）

乾式分離乾式分離14/30

ポンプ

Biターゲット溶解用電気炉冷却

ポンプ

Rn At溶解用電気炉冷却

バッファタンク

Rnトラップ

Atトラップ

LN2：-195℃ LN2：-195℃

流量計

室温

ヘリウムガス流

バルブ

Rn-AｔRn-Aｔジェネレータ 回収率：15－43%

15/30

照射装置開発照射装置開発

目的：大量合成、厚いターゲット、大強度ビーム金属ビスマス：融点271℃、低熱伝動性

CameraThermometer

金属ビスマス：融点271℃、低熱伝動性水＆He高冷却効率、モニター

Flowmonitor

Chamber

0.1 MPa

既存のビーム制御装置

Pump VinVout

Vc VpLiビーム

0.1 MPa

VbVHe既存真空ビームライン

Buffer

Out

19L

Buffer

In

19L

He既存真空ビームライン

ニッケル薄膜窓

Heガス冷水

Metal

bellows

pump照射装置

16/30

照射装置開発照射装置開発

Thermometer Camera

照射装置開発照射装置開発17/30

60 MeV 7Li 350 enA

Bi 42 mg/cm2Bi 42 mg/cm

He 105 kPa 20 L/min

照射装置開発照射装置開発18/30

冷却効果の流量依存性 圧力依存性

7Li 1.1 µA 105 kPa40

7Li 1.1 µA 0 L/min120

冷却効果の流量依存性 圧力依存性

Tem

pera

ture

(C

o )

35

40

Bi (164 mg/cm2)

Tem

pera

ture

(C

o )

80

100

120

Bi溶解

Tem

pera

ture

(C

25

30

Al backing

Bi (42 mg/cm2)

Tem

pera

ture

(C

40

60

80

0 5 10 15 20

Tem

pera

ture

(C

15

20

Al backing

0 20 40 60 80 100T

empe

ratu

re (

C0

20

40

Flow rate (L/min)

0 5 10 15 20

Pressure (kPa)

0 20 40 60 80 100

HeHeガスの冷却効果が需要ガスの冷却効果が需要

At, IAt, I製造（励起関数、トレーサー利用）製造（励起関数、トレーサー利用）19/30

•• 77Li+Li+natnatPb, Pb, natnatSnSn, (, (209209Bi)Bi)•• Li+Li+ Pb, Pb, SnSn, (, ( Bi)Bi)––励起関数測定励起関数測定

•• 製造の基礎基盤となる核データの取得製造の基礎基盤となる核データの取得•• 製造の基礎基盤となる核データの取得製造の基礎基盤となる核データの取得

––簡易蒸留化学分離法の開発簡易蒸留化学分離法の開発

•• 標識薬剤合成の研究標識薬剤合成の研究•• 標識薬剤合成の研究標識薬剤合成の研究

––薄層クロマトグラフィー（薄層クロマトグラフィー（TLCTLC）による化学種分析）による化学種分析

•• 標識薬剤合成のための知見標識薬剤合成のための知見

––標識化合物の合成研究例標識化合物の合成研究例––•• トレーサーの有用性トレーサーの有用性

励起関数励起関数(At)(At)

20/30

励起関数励起関数(At)(At)

207Pb 22.1%208Pb 52.4%

204Pb 1.4%206Pb 24.1%

Cro

ss s

ectio

n (m

b)

1001000

209At210At211At

208Pb 52.4%Pb 24.1%

Cro

ss s

ectio

n (m

b)

1001000 4n

5n

4n

5n3n

5n4n

6n

Cro

ss s

ectio

n (m

b)

110

100

208At207At

Cro

ss s

ectio

n (m

b)

110

100

3n

4n

2n

5n

3n

6n

4n6n

20 30 40 50 60

Cro

ss s

ectio

n (m

b)

0.01

0.11

208AtAt

20 30 40 50 60

Cro

ss s

ectio

n (m

b)

0.010.1

12n

2n

Incident energy (MeV)

20 30 40 50 60

Incident energy (MeV)

20 30 40 50 60

統計摸型計算(HIVAP)が実験データをよく再現する。211At (7.2 h)は、主に208Pb(7Li,4n) 211At反応により生成する。At (7.2 h)は、主に Pb( Li,4n) At反応により生成する。ガンマ線放出核種210At (8.1 h) 、 209At (5.4 h)を生成する。

励起関数（Ｉ）励起関数（Ｉ）21/30

励起関数（Ｉ）励起関数（Ｉ）

120Sn(7Li,4n)123I

116Sn 14.7%, 117Sn 7.7%, 118Sn 24.3%, 119Sn 8.5%, 120Sn 32.4%, 122Sn 4.6%, 126Sn 5.6%

124I (4.18 d), 126I (13.1 d)

Cro

ss s

ecti

on

(m

b)

1000 121I123I124

122Sn(7Li,3n)126I

120Sn(7Li,3n)124ISn( Li,4n) I I (4.18 d), I (13.1 d)

118Sn(7Li,4n)121I119Sn(7Li,5n)121I

Cro

ss s

ecti

on

(m

b)

100

I123I124I

Cro

ss s

ecti

on

(m

b)

10120I

126I

10 20 30 40 50 60Cro

ss s

ecti

on

(m

b)

1

126I

Incident energy (MeV)

10 20 30 40 50 60

統計摸型計算(HIVAP)が実験データをよく再現する。ガンマ線放出核種 123I (13.1 h) 、 121I (2.12 h)を生成する。

簡易蒸留化学分離法の開発簡易蒸留化学分離法の開発22/30

•• 従来の蒸留従来の蒸留

–– HeHe–– 電気炉＋電気炉＋HeHe気流＋コールドトラップ気流＋コールドトラップ

鷲山ら、第54回日本核医学会学術総会（2014）

簡易蒸留簡易蒸留23/30

試験管: φ 18×180 mm試験管: φ 18×180 mm• 簡易• 迅速• 簡易• 迅速

120 mm120 mm

• 迅速• 高純度• 高収率

• 迅速• 高純度• 高収率

シールシール

• 高収率• 高収率

電気炉電気炉 1. Put sample1. Put sample 簡易電気炉650℃電気炉650℃

1. Put sample2. Fill N2 & Seal3. Heat for 20 min4. Cool test tube

1. Put sample2. Fill N2 & Seal3. Heat for 20 min4. Cool test tube4. Cool test tube5. Take sample6. Rinse with 1.8 ml EtOH

4. Cool test tube5. Take sample6. Rinse with 1.8 ml EtOH6. Rinse with 1.8 ml EtOH6. Rinse with 1.8 ml EtOH

50 min 迅速520℃

AtAtの乾式蒸留化学分離の乾式蒸留化学分離24/30

乾式蒸留後、試験管を1.8 mlのエタノール、水、ジイソピルエーテルで無担体Atを洗いだす。エーテルで無担体Atを洗いだす。

5%natnatPbPb((77Li, Li, xnxn))207207--211211AtAt 全回収率

高収率

80%

5%

Pb 1.4 MeV 211At エタノール、水65%81%

I: ~3%80%

15%Alジイソプロピルエーテル

25%31%

I: ~3%

15%Alジイソプロピルエーテル

160 µg/cm2=0.21 µm 高純度高純度

薄層クロマトグラフィー（薄層クロマトグラフィー（TLCTLC）による化学種分析）による化学種分析

薄層薄層クロマトグラフィーにクロマトグラフィーによる化学種分析よる化学種分析25/309

無担体無担体At, IAt, Iのの化学化学

101099AtAt--

AtOAtO33--

ＩＩ--

1010--15 15 MMAtOAtO33

--

TLC:SiO , H O/MeOH=1/1AtOAtO44

--

TLC:SiO2, H2O/MeOH=1/1イメージングプレート

AtAt II

26/30

S. Watanabe et al., 7th Int. Sym. on Radiohalogens (7ISR), Sep 18 (2012 ), Whistler, BC.

まとめと今後、将来計画まとめと今後、将来計画27/30

•• 211211Rn/Rn/211211AtAtジェネレータプロジェクトジェネレータプロジェクト

•• 211211Rn/Rn/211211AtAtジェネレータ開発基礎実験ジェネレータ開発基礎実験•• 211211Rn/Rn/211211AtAtジェネレータ開発基礎実験ジェネレータ開発基礎実験

•• 湿式化学分離（金沢）湿式化学分離（金沢） ~80%~80% RnRn気化損失気化損失

•• 乾式化学分離（乾式化学分離（JAEAJAEA）） <43%<43% 効率向上効率向上<43%<43%

•• 低融点金属低融点金属BiBi用照射装置開発用照射装置開発

•• HeHeガスの冷却効果が重要ガスの冷却効果が重要

•• 77LiLiイオンビームを用いたイオンビームを用いたAt,At, IIのの製造と利用製造と利用•• 77LiLiイオンビームを用いたイオンビームを用いたAt,At, IIのの製造と利用製造と利用

•• 77Li+Li+natnatPbPb、、77Li+Li+natnatSnSn•• 励起関数測定（核データ）励起関数測定（核データ）•• 励起関数測定（核データ）励起関数測定（核データ）

•• 簡易乾式蒸留化学分離法の開発簡易乾式蒸留化学分離法の開発

•• TLCTLC化学種分析：化学種分析：AtAt--, AtO, AtO33--, AtO, AtO44

--33 44

•• 標識化合物の合成標識化合物の合成

•• 今後、将来の計画今後、将来の計画

•• 本格的な開発（本格的な開発（問題点問題点の改良）、の改良）、AtAtトレーサー利用促進トレーサー利用促進•• 本格的な開発（本格的な開発（問題点問題点の改良）、の改良）、AtAtトレーサー利用促進トレーサー利用促進

•• JJ--PARC PARC 第二期計画第二期計画TEFTEF施設での核破砕による施設での核破砕によるαα放射体の製造放射体の製造

JJ--PARC PARC TEFTEF施設施設28/30

JJ--PARC PARC TEFTEF施設施設29/30

400 MeV p 照射場での核破砕反応によるα放射性同位体(225Ac, 211At)の合成

共同研究者共同研究者30/30

•• 原子力機構・先端基礎研究センター原子力機構・先端基礎研究センター•• 原子力機構・先端基礎研究センター原子力機構・先端基礎研究センター

–– 西中一朗西中一朗、牧井宏之、豊島厚史、牧井宏之、豊島厚史

•• 金沢大・理工金沢大・理工•• 金沢大・理工金沢大・理工

–– 横山明彦横山明彦、、前田英太、谷口拓海、村上拳冬、山田記大前田英太、谷口拓海、村上拳冬、山田記大

•• 金沢大・医薬保健金沢大・医薬保健•• 金沢大・医薬保健金沢大・医薬保健

–– 鷲山幸信鷲山幸信、天野良平、天野良平

•• 原子力機構・量子ビーム応用センター原子力機構・量子ビーム応用センター

–– 渡邉茂樹、鈴木博元、石岡典子、橋本和幸渡邉茂樹、鈴木博元、石岡典子、橋本和幸

•• 原子力機構・原子力基礎工学研究センター原子力機構・原子力基礎工学研究センター•• 原子力機構・原子力基礎工学研究センター原子力機構・原子力基礎工学研究センター

– ・・・