宇宙の長い歴史の中で、金やプラチナといった貴金属は未だにその起源が解明されていません。これらは、中性子星合体（キロノバ）など爆発現象で生成され、「中性子捕獲」に伴う多様なラインＸ線ガンマ線が放出されると考えられています。
本研究領域では、独自開発の高感度X線ガンマ線カメラを数十キログラムの小型衛星に搭載し、突発天体のガンマ線観測をはじめ宇宙科学の新しい窓を開きます。さらに、本研究領域では貴金属をはじめとする多様な元素の新たな可能性を模索します。たとえば、金ナノ粒子は生体適合性も良いことから薬物キャリアとして注目され、プラチナは抗がん剤そのものとして広く利用されています。通常、薬物の体内動態を可視化することは困難ですが、ここで宇宙の「中性子捕獲」を応用することができます。金やプラチナを中性子で軽く放射化することで、宇宙観測と同じ技術で薬物動態を体の外から可視化することが可能です。
さらに、X線光子一つ一つの色を高速に識別するフォトン・カウンティングCTでは、放射化を用いずとも薬物それぞれの動態を描出することができます。このように、本研究領域では、ラインＸ線ガンマ線を誘発する原理や技術を共通基盤として宇宙分野、医学・薬学分野に展開し、宇宙から人体まであらゆる物質の動態を統一的に把握するイメージングの新しい学際的な枠組みを構築します。
Throughout the long history of the universe, the origins of precious metals such as gold and platinum remain unexplained. It is believed that these elements are generated during explosive events like neutron star mergers (kilonovae), accompanied by the emission of various line X-rays and gamma rays due to "neutron capture."
In this research area, we will open a new window to space science by mounting our uniquely developed high-sensitivity X-ray and gamma-ray camera on small satellites weighing tens of kilograms to observe gamma rays from transient celestial objects. Furthermore, this research area will explore new possibilities for various elements, including precious metals. For instance, gold nanoparticles are gaining attention as drug carriers due to their good biocompatibility, and platinum is widely used as an anticancer drug itself. Visualizing the pharmacokinetics of drugs within the body is typically challenging, but here we can apply the concept of "neutron capture" from space. By lightly irradiating gold and platinum with neutrons, it is possible to visualize pharmacokinetics from outside the body using the same technology as in space observations.
Moreover, photon-counting CT, which quickly distinguishes the color of each X-ray photon, allows for the depiction of the pharmacokinetics of each drug without using irradiation. Thus, this research area will develop and apply the principles and techniques that induce line X-rays and gamma rays across both space and medical and pharmaceutical fields, constructing a new interdisciplinary framework for imaging that unifies the understanding of the dynamics of substances from space to the human body.
本グル－プは、多色スペクトラルCTシステムの開発と、臨床応用を目指したイメージング技術の研究を行います。近年、世界的にもX線光子1つ1つを識別するCTシステム（フォトン・カウンティングCT）の開発が進んでいますが、多色化のメリットは必ずしも明確ではありません。本研究プロジェクトでは、純国産、安価で高性能な光増幅素子と高速シンチレータを基盤とした新しいシステム構築を通じ、多色CTだからこそできる医療応用や、他分野展開の可能性を探査します。たとえば、革新的ドラッグデリバリーシステム（DDS）の実現にむけた新規薬剤の開発や、薬剤ごとの元素固有の色を描出したCTイメージング、機械学習等を応用した画像の鮮鋭化、さらには、超高線量下でのイメージングや鉱物等に含まれる元素推定など、CT の新しい可能性にも挑戦しています。
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本グル－プは、金属ナノ粒子や抗がん剤の可視化、治療増感剤としての機序解明を基軸とし、核医学診断、核医学治療、および粒子線治療への新しい展開を狙います。たとえば金ナノ粒子は生体適合性に優れ、様々な薬剤キャリアとして注目されていますが、それ自体を可視化することは困難です。そこで、宇宙の元素合成をヒントに、熱中性子による放射化を提案します。薬剤に含まれる元素固有のX線ガンマ線を誘発し、これを独自に開発した広帯域X線ガンマ線カメラで可視化します。金属ナノ粒子は、粒子線治療における増感剤としても注目されていますが、その機序については未だ解明されていません。多核種イオンビームやフラッシュビームによる新しい治療法の開拓、可視化も含め、次世代セラノスティクスに向けた様々なイメージング技術の開拓に挑戦します。
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本グル－プは、数十キログラムの小型衛星を基盤とした先端宇宙科学の開拓（MeVガンマ線観測）と、ガンマ線イメージング装置の地上展開による大気現象、とくに雷からの突発ガンマ線の観測と理解を目指します。これまで、宇宙観測の主役は数トンを超える巨大衛星でしたが、近年は開発期間が短くコストが安い小型衛星でも、小回りの良いサイエンスを実現することが可能となりつつあります。本研究では核医学・粒子線グループでも使用する小型X線ガンマ線カメラを宇宙用にさらに高感度化し、金やプラチナといった重元素の生成現場の解明に挑戦します。さらに、我々の銀河系の観測を通じた元素固有のガンマ線の探査、太陽フレア、ガンマ線バーストといった突発天体の観測も行います。試作した装置は大気ガンマ線の観測に応用し、雷雲中での高エネルギー電子の加速に迫ります。
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Our group is engaged in the development of multicolor spectral CT systems and imaging technology research aimed at clinical applications. Recently, the development of CT systems (photon-counting CT) that identify each X-ray photon has progressed worldwide, but the benefits of multicolorization are not necessarily clear. In this research project, we explore the potential for medical applications and other fields unique to multicolor CT by building a new system based on domestically produced, inexpensive, and high-performance optical amplification elements and high-speed scintillators. For example, we are challenging new possibilities of CT, such as developing new drugs for innovative drug delivery systems (DDS), CT imaging depicting the element-specific colors of each drug, enhancing images using machine learning, and estimating elements contained in minerals under ultra-high doses.
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Our group aims to visualize metal nanoparticles and anticancer drugs, elucidate the mechanisms as sensitizers for treatment, and explore new developments in nuclear medicine diagnostics, nuclear medicine therapy, and particle beam therapy. For example, gold nanoparticles are noted for their excellent biocompatibility and as carriers for various drugs, but visualizing them is challenging. Therefore, we propose activation by thermal neutrons, inspired by the nucleosynthesis in space. We induce the element-specific X-rays and gamma rays contained in the drug and visualize them with our uniquely developed wideband X-ray and gamma-ray camera. Metal nanoparticles are also noted as sensitizers in particle beam therapy, but their mechanisms are yet to be elucidated. We are challenging the development of new therapies using multi-ion beams and flash beams, including visualization, aiming for next-generation theranostics.
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Our group aims to pioneer advanced space science based on small satellites weighing tens of kilograms (MeV gamma-ray observation) and to understand atmospheric phenomena, particularly the observation of transient gamma rays from lightning, through the ground deployment of gamma-ray imaging devices. Previously, large satellites weighing several tons were the mainstay of space observation, but recently, small satellites with shorter development periods and lower costs have begun to realize nimble science. In this research, we further enhance the sensitivity of the small X-ray and gamma-ray camera used by the nuclear medicine and particle beam group for space applications, challenging the elucidation of the production sites of heavy elements such as gold and platinum. Additionally, we will conduct the exploration of element-specific gamma rays through observations of our galaxy and observe transient celestial events such as solar flares and gamma-ray bursts. The prototype device will be applied to atmospheric gamma-ray observations, probing the acceleration of high-energy electrons in thunderclouds.
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最終更新日：2024年7月1日
Last Update: 1 July 2024