Research press release


Nature Physics

Cancer: Radiobiology in mice using a laser-driven proton source

安定した小型レーザープラズマ加速器で得られた陽子線を用いた、マウスの腫瘍への放射線照射を実証した論文がNature Physics に報告されている。今回の知見から、がんの放射線療法の改善を目的とした将来の研究に、この技術を使用できる可能性を示す証拠が得られた。


今回Florian Krollたちは、レーザープラズマ加速器から得られる極めて高いピーク線量率の陽子ビームを用いて、小型動物モデルの腫瘍への照射に適した研究プラットフォームを確立した。著者たちは、マウスの耳に培養したヒト腫瘍(頭頸部扁平上皮がん)の増殖を均一線量で遅らせる効果を含め、この加速器を放射線生物学に使用する準備が整っていることを実証している。用いられたサンプルサイズは、マウス92匹であった。

関連するNews & Viewsでは、Leonida GizziとMaria Grazia Andreassiが、「レーザープラズマ加速器は本質的に線量率が高いため、FLASH効果の根底にある機構の研究に役立つ可能性がある」と述べている。さらに彼らは、今回の結果は、トランスレーショナルリサーチにおける極めて線量率の高い陽子線のさらなる使用に向けた有望なステップであると付け加えている。

Irradiation of tumours in mice using protons from a stable, compact laser–plasma accelerator, is demonstrated in a pilot study published in Nature Physics. These findings provide evidence for the potential of this technique to be used in future research aimed at improving radiotherapy treatments for cancer.

Radiotherapy using proton beams from conventional accelerators is an established treatment for different forms of cancer. Recent studies suggest that the application of much higher radiation doses rates — by several orders of magnitude compared to current clinical standards — might affect the healthy tissue surrounding the tumour cells less than currently recommended dose rates in what is known as the FLASH effect. Laser–plasma accelerators are a promising source to deliver ultra-high proton dose rates that are believed to trigger this FLASH effect.

Florian Kroll and colleagues establish a research platform suitable for the irradiation of tumours in small animal models using proton beams from a laser–plasma accelerator at ultra-high peak dose rates. The team demonstrate the readiness of the accelerator for use in radiobiological research, including its effectiveness in delaying the growth of human tumours (head and neck squamous cell carcinomas) grown on the ears of mice with a uniform dose. The authors used a sample size of 92 mice.

In an accompanying News & Views, Leonida Gizzi and Maria Grazia Andreassi state that “the intrinsic high dose rate of laser–plasma accelerators makes them potentially valuable for studies of the mechanisms underlying the FLASH effect”. They go on to add that they are an encouraging step towards the further use of protons at ultra-high dose rates in translational research.

doi: 10.1038/s41567-022-01520-3


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