JP2008137939A - Auxiliary agent for x-ray therapy - Google Patents

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Masaki Misawa
雅樹 三澤
Junko Takahashi
淳子 高橋
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an auxiliary agent for a low-exposure minimally-invasive X-ray therapy enabling efficient absorption of X-ray to a target cell in the X-ray radiation therapy of the target cell of a diseased part such as tumor and reducing the damage of the surrounding normal cells. <P>SOLUTION: The auxiliary agent for X-ray therapy comprises making at least one kind of energy-conversion fine particles disperse in a medium having an average particle diameter of 1 nm to 10 μm, absorbing long-acting X-ray, and converting the absorbed X-ray energy to oxidation-reduction reaction to generate active oxygen species or free radicals. Suitable energy-conversion fine particle is selected from the group consisting of CdTe, CeF<SB>3</SB>, ZnS:Ag, Nb<SB>2</SB>O<SB>5</SB>, ZrO<SB>2</SB>, CsI, CsF, SrTiO<SB>2</SB>, CdSe and KTaO<SB>3</SB>. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、X線照射により、ガン細胞などの悪性新生物、ガン前駆細胞、ウイルスおよび細菌が感染した細胞を損傷または死滅させることができるX線治療用助剤に関する。   The present invention relates to an adjuvant for X-ray treatment capable of damaging or killing malignant neoplasms such as cancer cells, cancer precursor cells, cells infected with viruses and bacteria by X-ray irradiation.

従来の放射線治療では、高エネルギーのX線、ガンマ線を腫瘍に集中的に照射すると、細胞内の水がヒドロキシラジカルと水素原子に分解され、細胞内の酸素と反応して、スーパーオキシドやヒドロペルオキシラジカルが生成される。これらの活性酸素やフリーラジカルは、細胞の中のDNAに直接損傷を与える場合と、細胞膜の脂質から水素を引き抜き、過酸化ラジカルの連鎖によって過酸化脂質に変質させて細胞膜傷害を引き起こす間接的な損傷経路、の2つの系統がある。しかし、放射線を標的細胞にのみ選択的に照射することはできないので、これらの反応が患部周囲の正常細胞でも進行し、強度の放射線が照射された経路および患部周辺では、腫瘍細胞と正常細胞の区別なく、損傷を与えてしまう結果となる。   In conventional radiotherapy, when high-energy X-rays or gamma rays are intensively irradiated to a tumor, intracellular water is decomposed into hydroxy radicals and hydrogen atoms, and reacts with intracellular oxygen to produce superoxide and hydroperoxy Radicals are generated. These active oxygens and free radicals cause direct damage to the DNA in the cell, or indirectly by drawing hydrogen from the lipid in the cell membrane and transforming it into a lipid peroxide through a chain of peroxide radicals, causing cell membrane damage. There are two systems of damage paths. However, since it is not possible to selectively irradiate only the target cells with radiation, these reactions also proceed in normal cells around the affected area, and there are tumor cells and normal cells in the path and around the affected area. The result is damaging without discrimination.

患部の標的細胞を損傷させる方法として、これまで、紫外線または放射線と光触媒微粒子をもちいた治療方法が提案されてきた。たとえば、Fujishimaらはヒト由来のガン細胞(Hela細胞)に酸化チタン懸濁液を注入し、in vitroで紫外線を照射して、酸化チタンの酸化還元反応を利用して細胞を死滅させたと報告している(非特許文献1)。しかし、この方法では、紫外線が患部の内部に到達しないため、患部の表面でしか治療が行われない。したがって、患部が体表面の深部にある場合や、患部自体が大きい場合、深部の治療が困難である。
DENKI KAGAKU, vol.60, pp.314-321, 1995
As a method for damaging a target cell in an affected area, a treatment method using ultraviolet rays or radiation and photocatalyst fine particles has been proposed so far. For example, Fujishima et al. Reported that a human-derived cancer cell (Hela cell) was injected with a titanium oxide suspension, irradiated with ultraviolet light in vitro, and killed using the redox reaction of titanium oxide. (Non-Patent Document 1). However, in this method, since ultraviolet rays do not reach the inside of the affected area, treatment is performed only on the surface of the affected area. Therefore, when the affected part is deep in the body surface or when the affected part itself is large, it is difficult to treat the deep part.
DENKI KAGAKU, vol.60, pp.314-321, 1995

また、一方の端部面に光触媒を担持させた光学繊維と、該光学繊維の他方の端部に配置させた近紫外線光源とを備えたがん治療装置が提案されているが(特許文献1)、この装置でも、紫外線に透過性はなく、ファイバー端面近傍の表面の治療しか行うことができない。
さらに、可視光応答性の酸化チタンからなる治療用助剤を腫瘍部に注入して、可視光で光触媒を活性化させる方法も知られているが(特許文献2)、可視光も腫瘍の深部には到達できないので、表面のみの治療しかできない。
特開平9-56836号公報 特開2001-302548号公報
Moreover, although the cancer treatment apparatus provided with the optical fiber which carry | supported the photocatalyst on one end part surface, and the near-ultraviolet light source arrange | positioned at the other edge part of this optical fiber is proposed (patent document 1). ) Even with this device, ultraviolet rays are not permeable and can only treat the surface near the fiber end face.
Furthermore, a method is also known in which a therapeutic aid made of visible light responsive titanium oxide is injected into a tumor site and the photocatalyst is activated with visible light (Patent Document 2). Visible light is also deep in the tumor. Can not be reached, so only surface treatment is possible.
JP-A-9-56836 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-302548

一般に放射線の照射量は、放射線エネルギとフォトン数の積に比例するが、従来の開示例では、ガンマ線治療の類推からMeVオーダーの高いフォトンエネルギーを想定した例が多かった。しかし、これらの高エネルギーフォトンは、物質との相互作用確率も低くなるため、微粒子にも吸収されにくくなる点が問題である。
患部の深部での治療を目的とし、光触媒粒子とともに、ガンマ線を放出する放射性剤を混合して用いる方法が提案されているが(特許文献3)、これらの放射性核種からの放射線エネルギーは、数百KeVと極めて大きい。このため、光触媒に吸収されるのは極わずかで、他の殆どのガンマ線は周囲の正常細胞に損傷を与えるか、または、体外に放出されてしまい、治療の効果は期待できない。
特開2005-334524号公報
In general, the radiation dose is proportional to the product of the radiation energy and the number of photons. However, in the conventional disclosure examples, there are many examples assuming high photon energy on the order of MeV from analogy of gamma ray treatment. However, since these high-energy photons have a low interaction probability with a substance, the problem is that they are not easily absorbed by fine particles.
For the purpose of treatment in the deep part of the affected area, there has been proposed a method using a mixture of a photocatalyst particle and a radioactive agent that emits gamma rays (Patent Document 3), and the radiation energy from these radionuclides is several hundred. Very large with KeV. For this reason, the photocatalyst absorbs very little, and most other gamma rays damage the surrounding normal cells or are released outside the body, and a therapeutic effect cannot be expected.
JP 2005-334524

また、同様に酸化チタン懸濁液に、放射線を照射して標的細胞を破壊する方法及びその装置が提案されているが(特許文献4)、計算例にもあるとおり一般にフォトンエネルギーは500keVと非常に高く、このレベルでの酸化チタン粒子への吸収率はかなり低い。むしろ、このような高エネルギーは酸化チタンに吸収されずに、周囲の正常細胞を損傷したり、体外に飛散してしまう割合が高い。また、ガンマ線やいくつかの放射性同位元素を放射線源として使用し、光触媒を励起する方法では、ガンマ線源や放射性同位元素の粒子フルエンス率(単位時間、単位面積あたりのフォトン通過数)がX線に比べて極めて低いため、粒子に吸収される確率も低く、実効的な治療効果が期待できるか不明である。
特許第3242026号公報
Similarly, a method and an apparatus for destroying a target cell by irradiating a titanium oxide suspension with radiation have been proposed (Patent Document 4). As shown in the calculation example, the photon energy is generally as high as 500 keV. The absorption rate to titanium oxide particles at this level is considerably low. Rather, such high energy is not absorbed by the titanium oxide, and there is a high rate of damage to surrounding normal cells or scattering outside the body. Also, in the method of exciting photocatalyst using gamma rays or some radioactive isotopes as the radiation source, the particle fluence rate (unit time, number of photons per unit area) of the gamma ray source or radioactive isotope is converted to X-rays. Since it is extremely low in comparison, the probability of being absorbed by particles is low, and it is unknown whether an effective therapeutic effect can be expected.
Japanese Patent No. 3242026

したがって、本発明はこれら従来技術の問題点を解消して、X線を照射して腫瘍等の患部の標的細胞を治療する際に、X線を効率良く標的細胞に吸収させることができ、しかも周囲の正常細胞の損傷を低減することのできる低被曝、低侵襲のX線治療用助剤を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention eliminates the problems of these prior arts, and allows X-rays to be efficiently absorbed by target cells when treating target cells in affected areas such as tumors by irradiating X-rays. An object of the present invention is to provide a low-exposure and minimally invasive X-ray treatment aid that can reduce damage to surrounding normal cells.

上記課題を解決するために、本発明ではつぎの1〜9の構成を採用する。
1.平均粒径が1nm〜10μmの微粒子で、遠達力のあるX線を吸収し、吸収したX線エネルギーを酸化還元反応に変換して、活性酸素種又はフリーラジカルを発生させるエネルギー変換微粒子の少なくとも1種を媒体に分散させてなるX線治療用助剤。
2.前記エネルギー変換微粒子が、CdTe、CeF、ZnS:Ag、Nb、ZrO、CsI、CsF、SrTiO、CdSe、KTaOからなる群から選択されたものであることを特徴とする1に記載のX線治療用助剤。
3.前記エネルギー変換微粒子の平均粒径が1〜200nmであることを特徴とする1又は2に記載のX線治療用助剤。
4.前記エネルギー変換微粒子の含有量が、分散媒体を基準として1.0×10−7〜50重量%であることを特徴とする1〜3のいずれかに記載のX線治療用助剤。
5.前記媒体が、水又は水系溶媒であることを特徴とする1〜4のいずれかに記載のX線治療用助剤。
6.前記媒体が、酸素を予め溶存させた水又は水系溶媒であることを特徴とする5に記載のX線治療用助剤。
7.前記エネルギー変換微粒子が補助成分として光触媒又は蛍光材料を含有することを特徴とする1〜5のいずれかに記載のX線治療用助剤。
8.前記光触媒がTiOであることを特徴とする7に記載のX線治療用助剤。
9.X線治療用助剤が、10〜1013フォトン/cm/秒の遠達力のあるX線を照射して用いられるものであることを特徴とする1〜8のいずれかに記載のX線治療用助剤。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following configurations 1 to 9.
1. At least an energy conversion fine particle having an average particle diameter of 1 nm to 10 μm, which absorbs X-rays with long-distance power, converts the absorbed X-ray energy into a redox reaction, and generates active oxygen species or free radicals. An auxiliary agent for X-ray treatment in which one kind is dispersed in a medium.
2. The energy conversion fine particles are selected from the group consisting of CdTe, CeF 3 , ZnS: Ag, Nb 2 O 5 , ZrO 2 , CsI, CsF, SrTiO 2 , CdSe, and KTaO 3 An adjuvant for X-ray treatment described in 1.
3. 3. The X-ray therapeutic aid according to 1 or 2, wherein the energy conversion fine particles have an average particle diameter of 1 to 200 nm.
4). 4. The adjuvant for X-ray treatment according to any one of 1 to 3, wherein the content of the energy conversion fine particles is 1.0 × 10 −7 to 50% by weight based on the dispersion medium.
5. The adjuvant for X-ray treatment according to any one of 1 to 4, wherein the medium is water or an aqueous solvent.
6). 6. The adjuvant for X-ray treatment according to 5, wherein the medium is water or an aqueous solvent in which oxygen is dissolved in advance.
7). The adjuvant for X-ray treatment according to any one of 1 to 5, wherein the energy conversion fine particles contain a photocatalyst or a fluorescent material as an auxiliary component.
8). The adjuvant for X-ray treatment according to 7, wherein the photocatalyst is TiO 2 .
9. The auxiliary agent for X-ray treatment is used by irradiating an X-ray having a long reach of 10 7 to 10 13 photons / cm 2 / sec. X-ray treatment aid.

本発明の効果Effects of the present invention

上記の構成を採用することによって、本発明のX線治療用助剤は、次のような効果を奏する。
1)酸化チタンの微粒子を患部に分散させて、紫外線で励起して細胞を損傷させる方法では、透過性の低い紫外線や可視光の一部を利用して触媒反応を進行させるため、作用する領域は患部の表面近傍に限られており、患部が体表面の深部にある場合や、患部自体が大きい場合、深部の治療が困難であった。本発明では、患部が深部にある場合にもX線を効率良く患部に吸収させることができ、しかも周囲の正常細胞の損傷を低減することができる。
2)また、従来技術では困難であった、体表深部の患部、複雑形状の患部、損傷を避けたい部位に近い患部に対しても、X線治療用助剤を適切に分布させることで、患部形状に沿って表面と内部を3次元的に治療できる。
3)さらに、X線照射により直接酸化還元反応を示す、シンチレータ、量子ドット、蛍光体材料、光触媒から選択されたエネルギー変換微粒子の相乗効果を利用して、より高い治療効果を発現させることができる。
4)現在の放射線治療では、患部までの経路と、患部を透過したあとの経路すべてにわたって生体組織に損傷を与えてしまうため、患部を含む経路に沿った正常組織へのダメージが大きく、治療部位が再度悪化しても、同一経路に沿った放射線照射はできなかった。本発明では、従来の放射線治療のように、高エネルギーのガンマ線の透過経路にある組織がすべて損傷をうけるのではなく、粒子フルエンス率の高い放射線を均一に照射して、X線治療用助剤が選択的に局在する標的に対し選択的に治療効果を発揮して、組織サイズオーダーの細かさで損傷を与え、正常細胞に対する損傷を低減することができるので、患部摘出手術に伴う過剰な摘出や患部の取り残しを回避することができる。
By employing the above configuration, the X-ray treatment auxiliary agent of the present invention has the following effects.
1) In the method in which fine particles of titanium oxide are dispersed in the affected area and the cells are damaged by being excited with ultraviolet rays, a catalytic reaction is advanced using a part of ultraviolet rays or visible light having low permeability, so that the region that acts Is limited to the vicinity of the surface of the affected area. When the affected area is deep in the body surface or when the affected area itself is large, it is difficult to treat the deep area. In the present invention, even when the affected part is in the deep part, X-rays can be efficiently absorbed by the affected part, and damage to surrounding normal cells can be reduced.
2) In addition, by appropriately distributing the X-ray treatment assistant to the affected part of the deep surface of the body, the affected part of the complex shape, and the affected part close to the site where damage is to be avoided, which is difficult with the prior art, The surface and the inside can be treated three-dimensionally along the shape of the affected part.
3) Furthermore, a higher therapeutic effect can be exhibited by utilizing the synergistic effect of energy conversion fine particles selected from scintillators, quantum dots, phosphor materials, and photocatalysts that directly exhibit redox reaction by X-ray irradiation. .
4) In the current radiotherapy, the biological tissue is damaged along the path to the affected area and all the paths after passing through the affected area, so that damage to the normal tissue along the path including the affected area is large, and the treatment site Even if it deteriorated again, irradiation along the same route could not be performed. In the present invention, as in conventional radiotherapy, not all tissues in the transmission path of high-energy gamma rays are damaged, but radiation with a high particle fluence rate is uniformly irradiated to assist the X-ray treatment. Exerts selective therapeutic effects on targets that are selectively localized, damages with fineness of the tissue size order, and reduces damage to normal cells. It is possible to avoid excision and leaving behind the affected area.

以下、本発明を実施するための具体的な形態について、詳細に説明する。
(薬剤概要、薬剤構成成分)
本発明のX線治療用助剤は、X線照射により治療効果を発現する、平均粒径が1nm〜10μmのエネルギー変換微粒子の少なくとも1種を媒体に分散させてなるX線治療用助剤である。エネルギー変換微粒子としては、平均粒径が1〜200nmのものを使用することが好ましい。
このようなエネルギー変換微粒子は、(a)原子番号30以上の元素を含む光触媒、(b)量子ドット、(c)シンチレーター、及び(d)蛍光体材料からなる群から選択することができる。
そして、このX線治療用助剤を患部の標的となる腫瘍細胞、ウィルス、遺伝子、細菌等に分散させることで、X線を均一に照射したとしても、患部形状に沿った標的のみを組織サイズのレベルで損傷または死滅させ、過剰な摘出や患部の取り残しを回避するとともに、遠達力のあるX線によって患部が深部にあっても薬剤にエネルギーを吸収させて治療効果を発現させ、低侵襲・低被爆のX線治療を可能とするものである。
Hereinafter, specific modes for carrying out the present invention will be described in detail.
(Summary of drugs, components of drugs)
The auxiliary agent for X-ray treatment of the present invention is an auxiliary agent for X-ray treatment in which at least one kind of energy conversion fine particles having an average particle diameter of 1 nm to 10 μm, which exhibits a therapeutic effect by X-ray irradiation, is dispersed in a medium. is there. As the energy conversion fine particles, those having an average particle diameter of 1 to 200 nm are preferably used.
Such energy conversion fine particles can be selected from the group consisting of (a) a photocatalyst containing an element having an atomic number of 30 or more, (b) quantum dots, (c) a scintillator, and (d) a phosphor material.
And even if X-rays are evenly irradiated by dispersing this X-ray treatment aid in tumor cells, viruses, genes, bacteria, etc. that are the target of the affected area, only the target along the shape of the affected area is tissue size Injury or death at the level of the patient, avoiding excessive removal or leaving behind the affected area, and the X-ray with far-reaching power allows the drug to absorb the energy even if it is deep, causing a therapeutic effect and minimally invasive・ X-ray treatment with low exposure is possible.

すなわち、本発明のX線治療用助剤は、遠達力のあるX線エネルギーを吸収し、強力な酸化還元反応を誘起して活性酸素種やフリーラジカルを生成し、患部領域の標的となる腫瘍細胞、ウィルス、遺伝子、細菌等を損傷または死滅させる能力をもつ薬剤を意味する。このとき、X線エネルギーを一旦、蛍光・燐光などの発光現象に変換し、発光エネルギーを酸化還元反応に変換する成分を添加した薬剤もこの範囲に含めるものとする。   That is, the X-ray therapeutic aid of the present invention absorbs long-distance X-ray energy, induces a strong redox reaction, generates reactive oxygen species and free radicals, and becomes a target in the affected area. It means a drug capable of damaging or killing tumor cells, viruses, genes, bacteria and the like. At this time, chemicals to which X-ray energy is once converted into a luminescence phenomenon such as fluorescence and phosphorescence and a component for converting the luminescence energy into an oxidation-reduction reaction are also included in this range.

本発明のX線治療用助剤は、図1にみられるように助剤分散液を患部に注入し、粒子フルエンス率が高く、コリメートしたX線によって患部の深部までエネルギーを伝達し、X線治療用助剤にX線エネルギーを吸収させて、酸化還元反応を誘起することで、X線治療用助剤が分散していない周囲の正常細胞への被曝を低減させ、患部でのみ活性酸素種およびフリーラジカルを生成させて、腫瘍細胞、ウィルス、遺伝子、細菌等の標的に、選択的に損傷を与えることができる。
すなわち、本発明ではX線治療用助剤を患部にのみ分布させているため、平行または円錐状のX線ビームを一様に照射したとしても、複雑な形状の患部であっても、損傷を与えるのは、X線治療用助剤が分散した領域に限定され、正常組織の温存と、患部組織の治療が、組織レベルで制御できる。X線治療用助剤を標的に到達させる方法としては、溶液に懸濁させ直接注入する方法、現在医療分野で用いられているカプセル、ナノテクノロジーを応用した薬物伝送システム(DDS)、標的に選択的に取り込むまたは結合する抗体、受容体を利用する方法等がある。
As shown in FIG. 1, the auxiliary agent for X-ray treatment of the present invention injects an auxiliary agent dispersion into the affected part, has a high particle fluence rate, and transmits energy to the deep part of the affected part by collimated X-rays. By absorbing the X-ray energy in the therapeutic aid and inducing a redox reaction, the exposure to surrounding normal cells in which the X-ray therapeutic aid is not dispersed is reduced, and reactive oxygen species only in the affected area And free radicals can be generated to selectively damage tumor cells, viruses, genes, bacteria and other targets.
That is, in the present invention, since the X-ray treatment aid is distributed only to the affected area, even if the parallel or conical X-ray beam is uniformly irradiated, even if the affected area has a complicated shape, damage is not caused. What is given is limited to the region where the X-ray treatment aid is dispersed, and normal tissue preservation and treatment of the affected tissue can be controlled at the tissue level. X-ray treatment aids can reach the target by suspending in solution and injecting directly, capsules currently used in the medical field, drug delivery systems (DDS) using nanotechnology, and selecting the target There are methods that utilize an antibody, a receptor, etc.

本発明のX線治療用助剤で使用することのできるエネルギー変換微粒子としては、以下のものが挙げられる。
(原子番号の大きい光触媒)
X線治療用助剤として光触媒を用いる場合、X線エネルギーの吸収が重要である。X線の減衰のうち、吸収成分に相当する光電吸収は原子番号の3乗から5乗に比例することが知られている。そのため、原子番号が30以上の元素、すなわち、亜鉛(30)、ガリウム(31)、砒素(33)、セレン(34)、ストロンチウム(38)、ジルコニウム(40)、ニオブ(41)、モリブデン(42)、ルテニウム(44)、カドミウム(48)、インジウム(49)、スズ(50)、タンタル(73)、タングステン(74)、ビスマス(83)などを構成成分としてもつ、酸化ジルコニウム(ZrO2)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、チタン酸カリウム(K2O・nTiO3)、硫化モリブデン(MoS2)、酸化ビスマス(Bi2O3)、酸化インジウム(In2O3)、酸化ルテニウム(RuO2)、酸化カドミウム(CdO)、酸化タングステン(WO3)、酸化ニオブ(Nb2O5)、セレン化カドミウム(CdSe)、テルル化カドミウム(CdTe)、タンタル酸カリウム(K2O・nTaO3)、硫化カドミウム(CdS)、ガリウム燐(GaP)、ガリウム砒素(GaAs)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO2)の群から選ばれる少なくとも1種の材料を微粒化したものを混合し、一定濃度で水溶液に分散させた溶液を使用する。
Examples of the energy conversion fine particles that can be used in the auxiliary agent for X-ray treatment of the present invention include the following.
(Photocatalyst with large atomic number)
When a photocatalyst is used as an auxiliary for X-ray treatment, absorption of X-ray energy is important. Of the X-ray attenuation, it is known that photoelectric absorption corresponding to the absorption component is proportional to the third to fifth power of the atomic number. Therefore, elements with atomic numbers of 30 or more, namely zinc (30), gallium (31), arsenic (33), selenium (34), strontium (38), zirconium (40), niobium (41), molybdenum (42 ), Ruthenium (44), cadmium (48), indium (49), tin (50), tantalum (73), tungsten (74), bismuth (83), and the like, zirconium oxide (ZrO 2 ), Strontium titanate (SrTiO 3 ), potassium titanate (K2O · nTiO3), molybdenum sulfide (MoS 2 ), bismuth oxide (Bi 2 O 3 ), indium oxide (In 2 O 3 ), ruthenium oxide (RuO 2 ), oxidation Cadmium (CdO), tungsten oxide (WO 3 ), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), cadmium selenide (CdSe), cadmium telluride (CdTe), potassium tantalate (K 2 O · nTaO 3 ), cadmium sulfide ( CdS), gallium phosphide (GaP), gallium arsenide (G A solution obtained by mixing fine particles of at least one material selected from the group of aAs), zinc oxide (ZnO), and tin oxide (SnO 2 ) and dispersing the mixture in an aqueous solution at a constant concentration is used.

(量子ドット)
量子ドットは直径が数ナノメートルと小さいため、量子サイズ効果が顕著となり、同じ物質であってもその物理化学的性質が異なるために、近年、生化学や情報通信の分野で注目されている材料である。同一の重量に対しては、ナノサイズの粒子の表面積のほうが径の二乗に比例して大きくなる。量子ドットは、単一波長の紫外線によって励起され、サイズに応じた可視光域の蛍光を発すること、また、従来の蛍光タンパクよりも強い蛍光を出すため、近年生体イメージングに広く利用されるようになった(非特許文献2参照)。また、活性酸素産生のような材料表面での化学反応は、表面積の影響が強いため、わずかな量の量子ドットでも活性酸素の発生が確認される。活性酸素種を介した細胞毒性も、報告されている(非特許文献3参照)。
このような化合物半導体のうちでも、特に、II-VI族化合物のセレン化カドミウム(CdSe)、テルル化カドミウム(CdTe)、硫化カドミウム(CdS), 水銀テルル化カドミウム(CdHgTe),セレンテルル化カドミウム(CdSeTe)、IV-VI族化合物の硫化鉛(PbS)、セレン化鉛(PbSe)、テルル化鉛(PbTe)、III-VI族の硫化インジウム(InS),III-V族の リン化インジウム(InP), 砒素化インジウム(InAs),IV族の炭素(C)、シリコン(Si)などが広く使われている。これらの量子ドットは、原子番号の大きなもの、すなわち、X線の光電吸収が極めて大きい物が多い。たとえば、CdTeなどは、バルク材料としてではあるが、古くから捕集効率の高い半導体放射線検出器として用いられてきた。
本発明では、テルル化カドミウム量子ドット(CdTe/ZnS)分散液およびセレン化カドミウム量子ドット(CdSe/ZnS)分散液にX線を照射し、有意のX線吸収が生じることを確認し、これと上記の細胞毒性に関する報告より、X線のエネルギー吸収により、CdTe/ZnSあるいはCdSe/ZnS量子ドットはX線を吸収した後、酸化還元反応へのエネルギー変換により、活性酸素種あるいはフリーラジカルを生成し、細胞毒性を発現しているものと考えた。
Bruchez, Science, Vol.281, 25 Sept. 1998 Hardman, Environmental Health Perspectives, vol.114, No.2, 2006
(Quantum dot)
Since quantum dots have a small diameter of a few nanometers, the quantum size effect is prominent, and even the same substance has different physicochemical properties. Therefore, it has recently been attracting attention in the fields of biochemistry and information and communication. It is. For the same weight, the surface area of the nano-sized particles increases in proportion to the square of the diameter. Quantum dots are excited by single-wavelength ultraviolet light and emit fluorescence in the visible light region according to their size. In addition, since quantum dots emit stronger fluorescence than conventional fluorescent proteins, they are widely used in biological imaging in recent years. (See Non-Patent Document 2). In addition, since the chemical reaction on the material surface such as active oxygen production is strongly influenced by the surface area, generation of active oxygen is confirmed even with a small amount of quantum dots. Cytotoxicity via reactive oxygen species has also been reported (see Non-Patent Document 3).
Among these compound semiconductors, in particular, cadmium selenide (CdSe), cadmium telluride (CdTe), cadmium sulfide (CdS), mercury cadmium telluride (CdHgTe), cadmium selenite (CdSeTe) ), IV-VI group compounds lead sulfide (PbS), lead selenide (PbSe), lead telluride (PbTe), III-VI group indium sulfide (InS), III-V group indium phosphide (InP) , Indium arsenide (InAs), group IV carbon (C), silicon (Si), etc. are widely used. Many of these quantum dots have large atomic numbers, that is, extremely large X-ray photoelectric absorption. For example, CdTe has been used as a semiconductor radiation detector with high collection efficiency since ancient times, although it is a bulk material.
In the present invention, cadmium telluride quantum dot (CdTe / ZnS) dispersion and cadmium selenide quantum dot (CdSe / ZnS) dispersion were irradiated with X-rays to confirm that significant X-ray absorption occurred. From the above-mentioned reports on cytotoxicity, CdTe / ZnS or CdSe / ZnS quantum dots absorb X-rays by absorbing X-ray energy, and then generate reactive oxygen species or free radicals by energy conversion into a redox reaction. It was thought that it was expressing cytotoxicity.
Bruchez, Science, Vol.281, 25 Sept. 1998 Hardman, Environmental Health Perspectives, vol.114, No.2, 2006

(シンチレータ)
従来、無機シンチレータ材料はバルク材料として、放射線検出器のエネルギー変換素子に用いられてきた。シンチレータから蛍光として放射される可視光や紫外光を、光電子増倍管の検出面に取り出すためには、光学的に透明なガラス板状の結晶を作る必要があったため、本発明のような微粒子としての使用方法については、検討事例が少ない。本発明では、フッ化セリウム(CeF3)というガンマ線検出用のシンチレータ微粒子を水に分散させ、一定量点滴して乾燥させた後、高フルエンスのX線を照射すると、ローダミン色素が分解されて脱色する、すなわち、酸化チタンに紫外線をあてたときと同様の現象が見られることを実施例により確認している。同様の現象は、バンドギャップを有し、放射線入射によってキャリアを生成する他のシンチレータにも起こると考えられる。したがって、フッ化セリウム(CeF3)以外の無機、有機シンチレータ材料についても、微粒子化することで表面積が拡大し、周囲環境との相互作用により、吸収したエネルギーが酸化還元反応に変換されるX線治療用助剤の構成成分とすることができる。
(Scintillator)
Conventionally, an inorganic scintillator material has been used as an energy conversion element of a radiation detector as a bulk material. In order to extract visible light or ultraviolet light emitted as fluorescence from the scintillator to the detection surface of the photomultiplier tube, it is necessary to form an optically transparent glass plate-like crystal. There are few examination examples about how to use it. In the present invention, fine particles of scintillator for detecting gamma rays called cerium fluoride (CeF 3 ) are dispersed in water, drip in a certain amount, dried, and then irradiated with high fluence X-rays. That is, it is confirmed by the Examples that the same phenomenon as that when the ultraviolet rays are applied to the titanium oxide is observed. A similar phenomenon is considered to occur in other scintillators that have a band gap and generate carriers by radiation incidence. Therefore, the surface area of inorganic and organic scintillator materials other than cerium fluoride (CeF 3 ) is also increased by micronization, and the absorbed energy is converted into a redox reaction by interaction with the surrounding environment. It can be a constituent of a therapeutic aid.

このような無機シンチレータ材料としては、フッ化セリウム(CeF3)、フッ化バリウム(BaF2)、フッ化バリウムを母体とし発光中心となるLa、Euを添加したBaF2:La、BaF2:Eu、塩化バリウム(BaCl2)、およびこれを母体として発光中心となるLaを添加したBaCl2: La、ヨウ化セシウム(CsI)、フッ化セシウム(CsF)が例示され、また、有機シンチレータ材料としては、アントラセン、クロロアントラセン、トランススチルベン、p-ターフェニル、クオータフェニル、ジフェニルアセチレン、ナフタレンの群から選ばれる少なくとも1種の材料が例示される。このような、シンチレーター材料は200nm以下の粒子サイズまで微粒化し、一定濃度で水溶液に分散させた溶液として使用することが好ましい。 Examples of such inorganic scintillator materials include cerium fluoride (CeF 3 ), barium fluoride (BaF 2 ), BaF 2 : La, BaF 2 : Eu, with the addition of La and Eu as the luminescence center based on barium fluoride. Examples include barium chloride (BaCl 2 ), and BaCl 2 : La, cesium iodide (CsI), and cesium fluoride (CsF) added with La as a luminescent center as a base material, and as an organic scintillator material, Examples include at least one material selected from the group of anthracene, chloroanthracene, transstilbene, p-terphenyl, quarterphenyl, diphenylacetylene, and naphthalene. Such a scintillator material is preferably used as a solution that is atomized to a particle size of 200 nm or less and dispersed in an aqueous solution at a constant concentration.

無機シンチレータの中でも、YAlO3(Ce)、Bi4Ge3O12、CdWO4、GSO、LSO、LuAG:Ce、LiF(W)、LiF(Eu)、PWOは、透明のガラス板状結晶としてのみ流通しているものが多くある。これらを上記のような微粒子の形態として、液中に分散できれば、CeF3と同様の効果が期待できるが、これまで、これらの固体シンチレータを200nm以下の粒子サイズまで微粒化し、液体中に分散させた事例はほとんど報告されていない。これらの固体結晶を微粒化し、液中に分散する方法の一例として、液中レーザーアブレーションがあり、金属や金属酸化物の微粒子化事例が報告されているが、上記のシンチレータの微粒子化分散例は報告されていない。 Among inorganic scintillators, YAlO 3 (Ce), Bi 4 Ge 3 O 12 , CdWO 4 , GSO, LSO, LuAG: Ce, LiF (W), LiF (Eu), and PWO are only transparent glass plate crystals There are many things in circulation. If these can be dispersed in the liquid in the form of fine particles as described above, the same effect as CeF 3 can be expected, but until now, these solid scintillators have been atomized to a particle size of 200 nm or less and dispersed in the liquid. Few cases have been reported. As an example of a method for atomizing these solid crystals and dispersing them in a liquid, there is laser ablation in liquid, and examples of fine particles of metal and metal oxide have been reported. Not reported.

(蛍光体材料)
本発明では、IIb-VIb族化合物半導体であるZnSを母体とし、発光中心にAgを添加したZnS:Agは、X線照射で、450nmにピークをもつ青い蛍光を発すると同時に、ローダミンを脱色する酸化還元反応があることを、実施例により確認している。したがって、II-VI族化合物半導体のセレン化亜鉛(ZnSe)、硫化亜鉛(ZnS)の単体、及びこれを母体とし発光中心となるAg、Cl、Cu、Mnの微量元素を含む蛍光体材料の群から選ばれる少なくとも1種の材料からなる蛍光体材料を、一定濃度で水溶液に分散させることによって、本発明のX線治療用助剤とすることができる。これらの材料は、200nm以下の粒子サイズまで微粒子化して水溶液に分散させることが好ましい。
(Phosphor material)
In the present invention, ZnS: Ag based on ZnS, which is a IIb-VIb group compound semiconductor, with Ag added to the emission center emits blue fluorescence having a peak at 450 nm and simultaneously decolorizes rhodamine by X-ray irradiation. It is confirmed by the Examples that there is a redox reaction. Therefore, a group of phosphor materials containing the elemental elements of zinc selenide (ZnSe) and zinc sulfide (ZnS) of group II-VI compound semiconductors, and trace elements of Ag, Cl, Cu, and Mn, which serve as the luminescence center. By dispersing a phosphor material made of at least one material selected from the above in an aqueous solution at a constant concentration, the X-ray therapeutic aid of the present invention can be obtained. These materials are preferably finely divided to a particle size of 200 nm or less and dispersed in an aqueous solution.

(粒子サイズ)
近年のフラーレン、カーボンナノチューブ、金、量子ドットなどの工業用ナノ粒子製造の拡大に伴って、直径がサブミクロンサイズ(〜200nm)のナノ粒子の生体や環境への影響に関する研究が活発に行われつつある。これらによると、体内に取り込まれたナノ粒子は上皮細胞または内皮細胞を透過して、血液やリンパ液循環に入り、骨髄やリンパ節、脾臓、心臓などの敏感な臓器に到達したり、皮膚を透過したナノ粒子は、リンパ流路に乗って体内に分布したり、高い生理活性をもち、炎症や酸化作用、抗酸化作用をもつ(Oberdorster, et.al, EHP Vol.113, No.7, July 2005)。また、ナノ粒子がミトコンドリア内に蓄積し、酸化ストレスを与えるとの報告もある(Donaldson and Tran, Inhal Toxicol. Jan;14(1):5-27. 2002)。したがって、細胞に選択的に取り込まれて、治療効果を発揮させるためには、X線治療用助剤を、200nm以下のサイズにすることが好ましい。しかし、一方で、ナノ粒子のように表面積が大きく、表面に露出している活性部分が多ければ、必ずしも細胞内に取り込まれる必要は無く、細胞表面の酸化ストレスにより、Ca++濃度上昇やIL-8を誘起したり、遷移金属、有機化合物により、細胞表面の受容体が活性化して、酸化ストレスを与える場合もある(出典:Donaldson and Tran 2002)。したがって、μmオーダーの粒子でも細胞表面或いは細胞外から細胞毒性を発揮して、本発明のX線治療用助剤として使用できるものもある。しかし、粒子径が小さくなれば、放射線の照射面積も小さくなるので、エネルギー吸収率が低下する。このためには、単位体積あたりの粒子数、すなわち、患部での粒子濃度を高める、あるいは、原子番号の大きな元素でフォトンの減衰係数が大きな成分を含む材質を用いてX線吸収を高める、低いフォトンエネルギーを使って吸収確率を高める、などの対策が必要となる。
(Particle size)
With the recent expansion of production of industrial nanoparticles such as fullerenes, carbon nanotubes, gold and quantum dots, research on the effects of nanoparticles with submicron size (~ 200nm) on the living body and environment has been actively conducted. It is going According to these, nanoparticles taken into the body permeate epithelial cells or endothelial cells, enter the blood and lymph circulation, reach sensitive organs such as bone marrow, lymph nodes, spleen, heart, and penetrate the skin These nanoparticles are distributed in the body by riding on lymphatic channels, have high physiological activity, and have inflammation, oxidation, and antioxidant effects (Oberdorster, et.al, EHP Vol.113, No.7, July 2005). There is also a report that nanoparticles accumulate in mitochondria and give oxidative stress (Donaldson and Tran, Inhal Toxicol. Jan; 14 (1): 5-27. 2002). Therefore, the X-ray therapeutic aid is preferably 200 nm or less in size in order to be selectively taken up by cells and exert a therapeutic effect. However, on the other hand, if the surface area is large and there are many active parts exposed on the surface like nanoparticles, it is not always necessary to be taken into the cell, and due to oxidative stress on the cell surface, Ca ++ concentration increases and IL -8 may be induced, or transition metals and organic compounds may activate cell surface receptors and cause oxidative stress (Source: Donaldson and Tran 2002). Therefore, even particles of the order of μm exhibit cytotoxicity from the cell surface or from the outside of the cell and can be used as the X-ray therapeutic aid of the present invention. However, if the particle size is reduced, the radiation irradiation area is also reduced, and the energy absorption rate is reduced. For this purpose, the number of particles per unit volume, that is, the particle concentration in the affected area is increased, or the X-ray absorption is increased by using a material containing an element having a large atomic number and a large photon attenuation coefficient. Measures such as increasing the probability of absorption using photon energy are required.

X線治療用助剤が半導体で構成される場合には、200nm以下でさらに粒径を小さくしていくと、バンドギャップエネルギーが大きくなり、光吸収端が短波長側にずれる量子サイズ効果が顕著となってくる。このような粒子径とバンドギャップの関係は、Brusの式によって与えられ(L. E. Brus, J. Phys. Chem., 90, 2555 (1986))、粒子サイズを小さくすることで、エネルギー吸収端をX線領域に近づけることが可能である。X線治療用助剤を構成する材料のうち、半導体に属するものの粒径をさらに100nm以下にすることで、量子サイズ効果により光吸収端を短波長側に移動させ、紫外線よりも短い波長のX線エネルギーを効率的に吸収させることができる。   When the X-ray treatment aid is composed of a semiconductor, if the particle size is further reduced below 200 nm, the band gap energy increases, and the quantum size effect that shifts the light absorption edge to the short wavelength side is remarkable. Will come. Such a relationship between the particle diameter and the band gap is given by the Brus equation (LE Brus, J. Phys. Chem., 90, 2555 (1986)). It is possible to approach the line area. Of the materials constituting the X-ray treatment aid, the particle size of those belonging to the semiconductor is further reduced to 100 nm or less, whereby the light absorption edge is moved to the short wavelength side due to the quantum size effect, and X having a wavelength shorter than that of ultraviolet rays. Line energy can be absorbed efficiently.

(含有量、X線エネルギー、X線減衰)
従来の開示例では、照射する放射線量の推定はあっても、それがどの程度、粒子に吸収されるかについては、全く考慮されていなかった。たとえ高強度の放射線を患部に照射したとしても、粒子に吸収される率が低ければ、従来のガンマ線治療などと効果は変わらない。そこで、本発明では、X線治療用助剤として、ある材質を選択したとき、
1)フォトンのエネルギー、
2)粒子径、
3)濃度(分散液数密度)、
4)X線治療用助剤のフォトンに対する減衰係数
をパラメータとして、X線透過距離とそれに伴う減衰率の推定を行い、X線治療用助剤の治療に適切なフォトンエネルギー範囲を明らかにした。この計算の流れを図2に示す。この計算では、薬剤微粒子が分散媒体(患部組織)に均等に分散していると仮定し、粒子1個が存在する平均的な分散媒体の体積を、単位立方体として、その寸法をもとめ、X線治療用助剤を含む分散媒体のX線減衰(透過)率を求めている。
(Content, X-ray energy, X-ray attenuation)
In the conventional disclosure example, although the radiation dose to be irradiated is estimated, how much it is absorbed by the particles is not considered at all. Even if the affected area is irradiated with high-intensity radiation, if the rate of absorption by the particles is low, the effect is not different from conventional gamma ray therapy. Therefore, in the present invention, when a certain material is selected as an auxiliary for X-ray treatment,
1) Photon energy,
2) Particle size,
3) Concentration (dispersion number density),
4) Using the attenuation coefficient for photons of the X-ray treatment aid as a parameter, the X-ray transmission distance and the attenuation rate associated therewith were estimated, and the photon energy range suitable for the treatment of the X-ray treatment aid was clarified. The calculation flow is shown in FIG. In this calculation, it is assumed that the drug fine particles are evenly dispersed in the dispersion medium (affected tissue), the average volume of the dispersion medium in which one particle exists is defined as a unit cube, and its size is obtained. The X-ray attenuation (transmission) rate of a dispersion medium containing a therapeutic aid is obtained.

図2に記載した手順に従って、具体例として、X線治療用助剤として直径100nmのZnS:AgおよびCeF3、液体として水(生体軟組織とほぼ同じ透過率)、透過距離を3cmと仮定し、平均濃度差(D-ρL)を、0.0001〜1.0(g/cm3)(重量%で0.01〜50)まで変化させた場合の計算例を、表1及び表2に示す。 According to the procedure described in FIG. 2, as a specific example, assuming that ZnS: Ag and CeF 3 with a diameter of 100 nm as an auxiliary for X-ray treatment, water (substantially the same transmittance as that of living soft tissue) as a liquid, and transmission distance is 3 cm Tables 1 and 2 show calculation examples when the average concentration difference (D-ρL) is changed from 0.0001 to 1.0 (g / cm 3 ) (0.01 to 50% by weight).

分散液の平均濃度から、X線治療用助剤が含まれる重量割合が計算できれば、分散液を透過する際の減衰率が求められる。X線治療用助剤を含む患部では、X線が十分吸収されて、透過する放射線は減衰され、正常組織への被曝が低減されることが望ましい。そこで、透過するX線強度が10%になるフォトンエネルギーの条件を求めると、透過距離が3cm、平均濃度差(D-ρL)が0.0001〜1.0(g/cm3)のとき、ZnS:Agでは20-90keV、CeF3では20-170keVのエネルギー範囲が適していることがわかる。 If the weight ratio in which the X-ray treatment aid is contained can be calculated from the average concentration of the dispersion, the attenuation rate when passing through the dispersion can be obtained. In an affected area containing an X-ray treatment aid, it is desirable that X-rays are sufficiently absorbed, transmitted radiation is attenuated, and exposure to normal tissue is reduced. Therefore, when the conditions of photon energy at which the transmitted X-ray intensity is 10% are obtained, when the transmission distance is 3 cm and the average concentration difference (D-ρL) is 0.0001 to 1.0 (g / cm 3 ), ZnS: Ag 20-90KeV, it was found that the suitable energy range of 20-170keV the CeF 3.

この範囲のX線では、減衰の成分は光電吸収とコンプトン散乱であるが、X線治療用助剤にエネルギーを伝達するには、光電吸収が卓越している必要がある。そこで、上記のエネルギー範囲でのZnS:AgおよびCeF3のX線減衰成分を調べると、エネルギーが高くなると散乱成分が増加するものの、光電吸収がコンプトン散乱成分の10倍以上となるエネルギー帯があり、X線減衰の主成分が光電吸収であることがわかる。したがって、このエネルギー帯でX線照射を行うことで、X線治療用助剤の患部でのエネルギー吸収を高め、周囲の正常組織での損傷を低下させることが可能となる。
同様の計算を、原子番号の大きい光触媒であるZrO2と、量子ドットであるCdTeについて行ったところ、X線治療用助剤への照射エネルギー範囲は、ZrO2の場合、20-120keV、CdTeの場合、20-160keVとなる。X線治療用助剤の構成成分が変わっても、同様の計算手法で適したX線エネルギー範囲を求めることができる。
In the X-rays in this range, the attenuation components are photoelectric absorption and Compton scattering. However, in order to transfer energy to the X-ray therapeutic aid, photoelectric absorption needs to be excellent. Therefore, when examining the X-ray attenuation components of ZnS: Ag and CeF 3 in the above energy range, there is an energy band where the scattering component increases as the energy increases, but the photoelectric absorption is more than 10 times the Compton scattering component. It can be seen that the main component of X-ray attenuation is photoelectric absorption. Therefore, by performing X-ray irradiation in this energy band, it is possible to increase energy absorption in the affected area of the X-ray treatment aid and reduce damage in surrounding normal tissues.
The same calculation, and ZrO 2 is greater photocatalytic atomic number, was performed on CdTe quantum dots, the irradiation energy range of the X-ray therapy aids in the case of ZrO 2, 20-120KeV, the CdTe In this case, it will be 20-160keV. Even if the constituents of the X-ray treatment adjuvant change, a suitable X-ray energy range can be obtained by the same calculation method.

(複合型X線治療用助剤)
本発明のX線治療用助剤は、(a)原子番号30以上の元素を含む光触媒、(b)量子ドット、(c)シンチレーター、及び(d)蛍光体材料からなる群から選択されたエネルギー変換微粒子(第1成分)を構成成分として持つときに、単独でもX線エネルギーを酸化還元反応のエネルギーに変換し、活性酸素種やフリーラジカルを生成して、患部標的に損傷を与える。しかし、材料によっては、変換効率が低いため、X線エネルギーを一旦、蛍光・燐光などの発光エネルギーに変えて、その発光エネルギーを酸化還元反応のエネルギーに変換する方が治療効果が高まる場合もある。したがって、第1成分から発生する蛍光エネルギーを吸収して、酸化還元反応のエネルギーに変換し、活性酸素種またはフリーラジカルを発生する材質で、第1成分とは異なる材質をシンチレータ材料、蛍光体材料、量子ドット、酸化チタンを含む光触媒材料、又は光化学物質からなる群の中から選択して、補助成分として加えても良い。また、量子ドットにおいては、ZnSはCdSe、CdTeの蛍光を増強する被覆材として用いられており、このような形態も複合型X線治療用助剤として有効である。
(Complex X-ray treatment adjuvant)
The X-ray therapeutic aid of the present invention has an energy selected from the group consisting of (a) a photocatalyst containing an element having an atomic number of 30 or more, (b) a quantum dot, (c) a scintillator, and (d) a phosphor material. When the converted fine particles (first component) are included as a constituent component, X-ray energy alone is converted into energy for redox reaction to generate active oxygen species and free radicals, thereby damaging the affected site target. However, depending on the material, the conversion efficiency is low, so it may be more effective to change the X-ray energy to light emission energy such as fluorescence or phosphorescence and then convert the light emission energy to redox reaction energy. . Therefore, the material that absorbs the fluorescence energy generated from the first component and converts it into the energy of redox reaction to generate active oxygen species or free radicals. The material different from the first component is a scintillator material, phosphor material , Quantum dots, photocatalytic materials containing titanium oxide, or photochemical substances may be selected and added as auxiliary components. In addition, in quantum dots, ZnS is used as a coating material that enhances the fluorescence of CdSe and CdTe, and such a form is also effective as a composite X-ray treatment aid.

このように、第1成分と補助成分が併存する環境では、X線治療用助剤に吸収されたX線エネルギーは、1)第1成分により、直接、酸化還元反応に寄与する、2)第1成分から蛍光として放射され、補助成分によって蛍光が吸収されて酸化還元反応に寄与する、の二重の変換効果をもち、それらの相乗効果として活性酸素種やフリーラジカルを生成し、その酸化還元力によって患部標的を酸化分解または損傷させて、治療効果を高めることができる(図3参照)。   In this way, in an environment where the first component and the auxiliary component coexist, the X-ray energy absorbed by the X-ray treatment aid 1) directly contributes to the redox reaction by the first component 2) second It has the dual conversion effect of being emitted as fluorescence from one component and being absorbed by the auxiliary component and contributing to the redox reaction. As a synergistic effect of these, it generates reactive oxygen species and free radicals, and the redox The target can be oxidatively degraded or damaged by force to enhance the therapeutic effect (see FIG. 3).

酸化チタンが高エネルギー放射線で励起されることは知られているが、500keVレベルのエネルギー帯では、酸化チタンのような原子番号の小さい微粒子との相互作用の確率は低く、酸化チタンに吸収されるのは、そのエネルギーのごくわずかであると推定される。これに比べ、上記のような混合または複合型X線治療薬剤では、X線捕獲率の高い第1成分でX線を吸収し、それ自体で活性酸素種やフリーラジカルを生成する酸化還元反応を誘起するとともに、蛍光に変換して、補助成分にとって吸収率の高い紫外から可視、近赤外の波長に変換してエネルギーを伝達させるので、入射X線エネルギーを効率よく利用した低被曝の治療効果を得ることができる。   Titanium oxide is known to be excited by high-energy radiation, but in the energy band of 500 keV, the probability of interaction with fine particles with a small atomic number such as titanium oxide is low and is absorbed by titanium oxide. Is estimated to be negligible for its energy. In contrast, mixed or combined X-ray therapeutic agents such as the one described above absorb X-rays with the first component with a high X-ray capture rate, and generate redox reactions that generate reactive oxygen species and free radicals themselves. Induction and conversion to fluorescence, and the auxiliary component converts the energy from ultraviolet to visible and near-infrared, which has a high absorption rate, and transmits energy, so the therapeutic effect of low exposure using incident X-ray energy efficiently Can be obtained.

(光化学物質)
蛍光励起され、光毒性を発揮する光化学物質として、塩化ベルベリンはUVAを吸収してラジカルや一重項酸素を発生し、エールリッヒ腹水癌細胞(Ehrlich ascites carcinoma (EAC) cells)を損傷することが報告されている(Jantova S, J Photochem Photobiol B. 2006 Aug 11)。また、ヘマトポルフィリンに可視光を照射することによりガン細胞を損傷されるが、これは一重項酸素によるものであることが確認されている(Weishaupt KR, Cancer Res. 1976 Jul;36(7 PT 1):2326-9)。さらに、ポルフィリン-ナノ粒子コンジュゲイトをガンの光療法(可視光励起)に用いる研究( Sortino S, Biomaterials. 2006 Aug;27(23):4256-65)や、フタロシアニン-ナノ粒子コンジュゲイトをガンの光療法(可視光励起)に用いる研究もなされている( Wieder ME, Photochem Photobiol Sci. 2006 Aug;5(8):727-34)。しかし、これらの方法は可視光や紫外線による患部の表面的な治療であるため、患部が深部にある場合は、エネルギーの伝達ができない。透過力あるX線を照射し、深部にある患部に分散した光化学物質に蛍光を吸収させて、患部でのみ光毒性を発現できるという点で、本発明はこれらの従来技術に見られない顕著な効果を奏するものである。。
(Photochemical)
As a photochemical substance that is fluorescently excited and exhibits phototoxicity, berberine chloride has been reported to absorb UVA, generate radicals and singlet oxygen, and damage Ehrlich ascites carcinoma (EAC) cells. (Jantova S, J Photochem Photobiol B. 2006 Aug 11). In addition, irradiation of visible light to hematoporphyrin damages cancer cells, which has been confirmed to be due to singlet oxygen (Weishaupt KR, Cancer Res. 1976 Jul; 36 (7 PT 1 ): 2326-9). Furthermore, research using porphyrin-nanoparticle conjugates for cancer phototherapy (visible light excitation) (Sortino S, Biomaterials. 2006 Aug; 27 (23): 4256-65) and phthalocyanine-nanoparticle conjugates for cancer light Studies for use in therapy (visible light excitation) have also been made (Wieder ME, Photochem Photobiol Sci. 2006 Aug; 5 (8): 727-34). However, since these methods are superficial treatments of the affected area with visible light or ultraviolet rays, energy cannot be transmitted when the affected area is deep. The present invention is a remarkable technique that is not found in these prior arts in that it can irradiate penetrating X-rays and absorb fluorescence in the photochemical substance dispersed in the affected part in the deep part to express phototoxicity only in the affected part. There is an effect. .

(合成形態)
本発明のX線治療用助剤を構成する複合型のエネルギー変換微粒子は、具体的には、シンチレータ、蛍光体材料、量子ドット、原子番号が30以上の元素を含む光触媒、または、光化学物質の単独あるいは組み合わせで構成される材質である。これらを水や緩衝液中に分散させて濃度を調整し、混合または複合化して患部に注入する。第1成分から補助成分への蛍光を介したエネルギー伝達は、距離が近いほど効率的に行われるので、両者の距離をできるだけ近づけるために、単に混合する以外に、これらの材質を化学合成によって連結させたり、密着させて接合する方法が考えられる。あるいは、第1成分の周囲を補助成分で被覆して、透過性の高いX線を補助成分の被覆を透過させて、第1成分に到達させて、X線エネルギーを吸収させた後、内部にある第1成分から表面の補助成分に、内部からエネルギーを伝達させる方法も考えられる。これらの微粒子の複合化の形態として、図4に示すような、連結型、結合型、被覆型が考えられる。
(Composite form)
Specifically, the composite type energy conversion fine particles constituting the X-ray therapeutic aid of the present invention are, for example, a scintillator, a phosphor material, a quantum dot, a photocatalyst containing an element having an atomic number of 30 or more, or a photochemical substance. A material composed of a single material or a combination of materials. These are dispersed in water or a buffer to adjust the concentration, mixed or compounded, and injected into the affected area. Energy transfer via fluorescence from the first component to the auxiliary component is performed more efficiently as the distance is shorter. Therefore, in order to make the distance between the two as close as possible, these materials are connected by chemical synthesis in addition to simply mixing. Or a method of joining them in close contact. Alternatively, the periphery of the first component is covered with the auxiliary component, and the X-ray having high permeability is transmitted through the auxiliary component coating to reach the first component to absorb the X-ray energy. A method of transmitting energy from the inside to a surface auxiliary component from a certain first component is also conceivable. As a form of complexing these fine particles, a connection type, a bond type, and a cover type as shown in FIG. 4 can be considered.

(組み合わせ最適化)
前記の混合型もしくは複合型X線治療用助剤においては、吸収したX線で励起される第1成分から発する蛍光波長スペクトルのピーク値とスペクトル幅は材料によって決まっているので、これを吸収する補助成分の吸収スペクトルとの重なりが最大化する粒子材料の組み合わせを選択することで、効率的に活性酸素種やフリーラジカルを生成させることができる(図5)。
(Combination optimization)
In the mixed type or composite type X-ray therapeutic aid, the peak value and the spectral width of the fluorescence wavelength spectrum emitted from the first component excited by the absorbed X-ray are determined depending on the material, and are absorbed. By selecting a combination of particulate materials that maximizes the overlap with the absorption spectrum of the auxiliary component, reactive oxygen species and free radicals can be efficiently generated (FIG. 5).

混合型または複合型X線治療用助剤の例として、代表的な無機シンチレータであるヨウ化ナトリウムにテルルを微量添加したNaI:Teは、415nmにピークを持ち、300nmから550nmまでの蛍光を発する。また、ZnSに発光中心となる銀を微量ドープさせたZnS:Ag蛍光体では、発光中心ピーク波長が450nmで、380nmから550nmの範囲で蛍光を発する。無機シンチレータのCeF3では300nmと340nmに発光中心ピークを持ち、BaF2では210nmと310nmに発光中心ピークを持つ。さらに、紫外域で高い強度の蛍光を発光することで知られるYaP:Ceは、350nmに発光波長ピークをもち、320nmから430nmの範囲で蛍光を発する。 As an example of a mixed or composite X-ray treatment aid, NaI: Te, which is a typical inorganic scintillator sodium iodide with a small amount of tellurium, has a peak at 415 nm and emits fluorescence from 300 nm to 550 nm. . Further, a ZnS: Ag phosphor obtained by doping ZnS with a small amount of silver serving as an emission center emits fluorescence in the emission center peak wavelength of 450 nm and in the range of 380 nm to 550 nm. The inorganic scintillator CeF 3 has emission center peaks at 300 nm and 340 nm, and BaF 2 has emission center peaks at 210 nm and 310 nm. Furthermore, YaP: Ce, which is known to emit high intensity fluorescence in the ultraviolet region, has a light emission wavelength peak at 350 nm and emits fluorescence in the range of 320 nm to 430 nm.

これに対して、放射線励起された微粒子の蛍光を受け取る、光触媒の吸収は、例えば酸化チタンを用いる場合、ルチル型で3.0eV、アナターゼ型で3.2eVのバンドギャップに相当する波長端は、アナターゼ型酸化チタンの場合、380nm、ルチル型酸化チタンの場合、410nmとなる。したがって、これらの吸収端と、上記蛍光体材料またはシンチレータ材料からの発光波長ピークの重なりが、最大となる組み合わせによって、効率的にエネルギーの伝達が行われる。例として、ZnS:Agを選択した場合、発光中心ピークが450nmにあるので、アナターゼ型よりも、ルチル型の粒子と混合させたほうがエネルギー吸収率が高くなる。発光中心ピークが415nmにあるNaI:Tlを用いた場合も同様である。しかし、CeF3やBaF2、YaP:Ceは、発光中心ピークがアナターゼ型、ルチル型の吸収端より短波長側なので、双方に使うことができる。 On the other hand, absorption of photocatalyst that receives fluorescence of radiation-excited fine particles, for example, when using titanium oxide, the wavelength end corresponding to the band gap of 3.0 eV for rutile type and 3.2 eV for anatase type is anatase type. In the case of titanium oxide, it is 380 nm, and in the case of rutile type titanium oxide, it is 410 nm. Therefore, energy is efficiently transmitted by a combination in which the overlap between the absorption edge and the emission wavelength peak from the phosphor material or scintillator material is maximized. As an example, when ZnS: Ag is selected, since the emission center peak is at 450 nm, the energy absorption rate is higher when mixed with rutile type particles than with anatase type. The same applies when NaI: Tl having an emission center peak at 415 nm is used. However, CeF 3 , BaF 2 , and YaP: Ce can be used for both because the emission center peak is shorter than the anatase and rutile absorption edges.

(X線フルエンス)
X線およびガンマ線などの放射線は、可視光や紫外線に比べて透過力が大きいのが特徴であるが、このうち、同位体元素の崩壊によって発生するガンマ線の粒子フルエンス率は、X線に比べて数桁小さいのが普通である。高フルエンスのガンマ線源は治療用や非破壊検査に使われているが、オン・オフ操作、遮蔽、シャッター構造の複雑さや放射線管理の点で、X線発生器よりも取り扱いが困難である。この点、X線発生器は電気的にオン・オフが可能で、エネルギーも可変であるため、X線治療用助剤を構成する材質を変えたときに、薬剤を活性化させるのに必要なフォトンエネルギーに調節し、単位時間・単位面積あたり、アイソトープ核種よりはるかに多くのフォトンを容易に発生させることができるため、薬剤のX線エネルギー吸収確率が高まる。例えば、典型的な診断用の透視X線発生器では、120kV管電圧、管電流10mAで、50cm離れた位置で、1秒間に6.7x109個/cm2である。一方、治療用テレコバルト線源では、最大2.22x1012Bq(=60Ci)(崩壊数/秒)のコバルト60線源などが使われるが、放射線は全方向に放射されるので、ある一方向の50cm離れた位置で1cm2あたりでは、2.22x1012/4x3.14x5002=7.1x106個/cm2でしかない。したがって、フォトン数から言えば、X線発生器の方が約1000倍大きなフルエンスを発生させることができるので、患部への均一な照射ができ、X線治療用助剤の活性化確率も大幅に向上する。このようなX線発生源として、医療用または非破壊検査用のX線管球、リニアック、サイクロトロン、コッククロフト加速器、静電加速器、マイクロトロン、軟X線発生装置、放射光施設、X線自由電子レーザーなどを用いることができる。
(X-ray fluence)
Radiation such as X-rays and gamma rays is characterized by a greater transmission power than visible light and ultraviolet rays. Among these, the particle fluence rate of gamma rays generated by the decay of isotopes is higher than that of X-rays. Usually several orders of magnitude smaller. High-fluence gamma-ray sources are used for therapeutic and nondestructive testing, but are more difficult to handle than X-ray generators in terms of on / off operation, shielding, shutter structure complexity and radiation management. In this regard, the X-ray generator can be turned on and off electrically, and the energy is variable, so it is necessary to activate the drug when the material constituting the X-ray treatment aid is changed. By adjusting to photon energy, it is possible to easily generate much more photons than isotope nuclides per unit time and unit area, so that the probability of drug X-ray energy absorption is increased. For example, in a typical diagnostic fluoroscopic X-ray generator, the voltage is 6.7 × 10 9 pieces / cm 2 per second at a position of 50 cm at a 120 kV tube voltage and a tube current of 10 mA. On the other hand, for the therapeutic telecobalt source, cobalt 60 source of 2.22x10 12 Bq (= 60Ci) (decay number / second) is used, but the radiation is emitted in all directions. At 1 cm 2 at 50 cm away, it is only 2.22x10 12 /4x3.14x500 2 = 7.1x10 6 pieces / cm 2 . Therefore, in terms of the number of photons, the X-ray generator can generate a fluence that is about 1000 times larger, so that the affected area can be uniformly irradiated and the activation probability of the X-ray treatment aid is greatly increased. improves. Such X-ray generation sources include medical or non-destructive X-ray tubes, linacs, cyclotrons, cockcroft accelerators, electrostatic accelerators, microtrons, soft X-ray generators, synchrotron radiation facilities, X-ray free electrons A laser or the like can be used.

X線源とガンマ線源を使った場合の放射線被曝を比較するため、X線源から発生するフォトンの吸収線量と、ガンマ線源をつかった放射線治療の場合の吸収線量を計算した。吸収線量D(グレイ:Gy)は、荷電粒子平衡が成立している場合、一般に以下の式で与えられる。
D=(μen/ρ)x(hν0)xΦ’xT
ここで、
(μen/ρ): 質量エネルギー吸収係数[cm2/g]、
(hν0) : 入射フォトンエネルギー[MeV]、
Φ’: は粒子フルエンス率[フォトン/ cm2/秒]、
T: 積算照射時間[秒]
であり、上記単位系では、
D=1.602x10-10x(μen/ρ)x(hν0)xΦ’xT
となる。
In order to compare the radiation exposure when using an X-ray source and a gamma-ray source, the absorbed dose of photons generated from the X-ray source and the absorbed dose in the case of radiation therapy using a gamma-ray source were calculated. The absorbed dose D (gray: Gy) is generally given by the following equation when charged particle equilibrium is established.
D = (μen / ρ) x (hν0) xΦ'xT
here,
(μen / ρ): Mass energy absorption coefficient [cm 2 / g],
(hν0): Incident photon energy [MeV],
Φ ': is the particle fluence rate [photon / cm 2 / sec],
T: Total irradiation time [sec]
In the above unit system,
D = 1.602x10 -10 x (μen / ρ) x (hν0) xΦ'xT
It becomes.

X線照射の場合、平均フォトンエネルギーを50keVと想定し、生体軟組織に近い水の質量エネルギー吸収係数を用いて、吸収線量Dxを計算すると、以下の値を使って、
(μen/ρ)@50keV,Water: 質量エネルギー吸収係数 0.0422[cm2/g]、
(hν0) @50keV: 入射フォトンエネルギー 0.05[MeV]、
Φ’: 粒子フルエンス率 6.7x109 [フォトン/ cm2/秒]、
T: 積算照射時間 1800[秒]
Dx=1.602x10-10x0.0422x0.05x6.7x109x1800=4.07[Gy]
となる。
In the case of X-ray irradiation, assuming that the average photon energy is 50 keV, and using the mass energy absorption coefficient of water close to living soft tissue, the absorbed dose Dx is calculated using the following values:
(μen / ρ) @ 50keV , Water : Mass energy absorption coefficient 0.0422 [cm 2 / g],
(hν0) @ 50keV : Incident photon energy 0.05 [MeV],
Φ ': Particle fluence rate 6.7x10 9 [photon / cm 2 / sec],
T: Total irradiation time 1800 [seconds]
Dx = 1.602x10 -10 x 0.0422 x 0.05 x 6.7 x 10 9 x 1800 = 4.07 [Gy]
It becomes.

一方、223.11 TBq (6030 Ci)コバルト60線源を使ったガンマナイフの場合、同様の計算から吸収線量Dγを求めると、
(μen/ρ)@1.2MeV,Water: 質量エネルギー吸収係数 0.0296[cm2/g]、
(hν0) @1.2MeV: 入射フォトンエネルギー 1.2[MeV]、
Φ’: 粒子フルエンス率 =7.1x108 [フォトン/cm2/秒]、
T: 積算照射時間 1800[秒]
Dγ=1.602x10-10x0.0296x1.2x7.1x106x1800=7.23[Gy]
となる。
On the other hand, in the case of a gamma knife using a 223.11 TBq (6030 Ci) cobalt 60 radiation source, the absorbed dose D γ is obtained from the same calculation,
(μen / ρ) @ 1.2MeV, Water : Mass energy absorption coefficient 0.0296 [cm 2 / g],
(hν0) @ 1.2MeV : Incident photon energy 1.2 [MeV],
Φ ': Particle fluence rate = 7.1x10 8 [photons / cm 2 / sec],
T: Total irradiation time 1800 [seconds]
D γ = 1.602x10 -10 x 0.0296 x 1.2 x 7.1 x 10 6 x 1800 = 7.23 [Gy]
It becomes.

これらの計算例に示すように、ガンマ線とX線では、吸収線量が同程度でも、フォトンエネルギーと粒子フルエンス率が大きく異なるのが大きな違いである。粒子フルエンス率は、X線発生器の運転条件(管電圧、管電流)、発生器からの距離などで大きく変わるので、上記計算結果から、望ましくは109〜1011フォトン/cm2/秒、さらに望ましくは107〜1013フォトン/cm2/秒が適しているといえる。 As shown in these calculation examples, the major difference between gamma rays and X-rays is that the photon energy and the particle fluence rate are greatly different even if the absorbed dose is about the same. The particle fluence rate varies greatly depending on the operating conditions (tube voltage, tube current) of the X-ray generator, the distance from the generator, etc. From the above calculation results, it is desirable that 10 9 to 10 11 photons / cm 2 / sec. More desirably, 10 7 to 10 13 photons / cm 2 / sec is suitable.

また、吸収線量の項ごとの比を比較し、X線とガンマ線治療の場合の吸収線量比Dx/Dγをとると、
Dx/Dγ= [(μen/ρ)X/(μen/ρ)γ]x[(hν0)X/ (hν0)γ]x[ΦX’/Φγ’]x[TX/Tγ]
と表される。
上式では、[(μen/ρ)X/(μen/ρ)γ]と[(hν0)X/ (hν0)γ]の項は、フォトンエネルギーと物質によって、一意的に決まる。X線フォトンのエネルギーが0.05MeV、ガンマ線のフォトンエネルギーが1.2MeVのとき、
質量エネルギー吸収係数比 [(μen/ρ)X/(μen/ρ)γ]=1.4
入射フォトンエネルギー比 [(hν0)X/ (hν0)γ]=0.042
となるので、X線とガンマ線のエネルギーが大きく異なるとき、同じフルエンス、照射時間であれば、高エネルギーのガンマ線のほうが生体での吸収線量が大きい、すなわち被曝が大きいといえる。
Also, comparing the ratio of absorbed dose for each term and taking the absorbed dose ratio Dx / D γ in the case of X-ray and gamma ray treatment,
Dx / D γ = [(μen / ρ) X / (μen / ρ) γ] x [(hν0) X / (hν0) γ] x [Φ X '/ Φ γ'] x [T X / T γ]
It is expressed.
In the above equation, the terms [(μen / ρ) X / (μen / ρ) γ ] and [(hν0) X / (hν0) γ ] are uniquely determined by the photon energy and the substance. When the energy of X-ray photons is 0.05 MeV and the photon energy of gamma rays is 1.2 MeV,
Mass energy absorption coefficient ratio [(μen / ρ) X / (μen / ρ) γ ] = 1.4
Incident photon energy ratio [(hν0) X / (hν0) γ ] = 0.042
Therefore, when the X-ray and gamma-ray energies differ greatly, it can be said that if the same fluence and irradiation time are used, the high-energy gamma-ray has a larger absorbed dose in the living body, that is, the exposure is greater.

また、Φγ’もガンマ線源の加工時に決定してしまうため、被曝に関係する吸収線量に関するパラメータとして設置後に変更できるのは、ガンマ線源の場合、照射時間Tγのみである。患部形状や位置、X線治療用助剤の種類など、多様な要素に対応するには、パラメータの自由度が高いX線源が適している。
X線発生器とガンマ線発生器の大きな違いは、エネルギーやフルエンスを可変にできるかどうかということである。X線発生器では、患部の大きさや深度、X線治療用助剤の寸法に応じて、管電流、管電圧を変えて発生するX線のスペクトルを、同じ装置で変えられるが、アイソトープなどのガンマ線源は核種を選択した時点でエネルギーが決まり、加工時にその崩壊数が一意に決定される。また、X線が電気的にスイッチをオン・オフできるのに対し、ガンマ線はオン・オフはできないため、機械的なシャッターで制御しなくてはいけない。この点は、作業者の取り扱いの容易さや安全性の面で、大きな違いとなる。
さらに一般的な放射線治療法は乳がんの場合は1回2Gy程度の照射を複数回行うことにより、腫瘍細胞を死滅させる。本法におけるX線照射量も同程度であり、本法により標的を損傷する時、X線放射療法により期待できる効果も同時に期待できる。
In addition, since Φ γ ′ is also determined at the time of processing the gamma ray source, only the irradiation time T γ can be changed after installation as a parameter relating to the absorbed dose related to exposure in the case of the gamma ray source. An X-ray source having a high degree of freedom in parameters is suitable for dealing with various factors such as the shape and position of the affected part and the type of auxiliary agent for X-ray treatment.
The major difference between X-ray generators and gamma-ray generators is whether energy and fluence can be made variable. In the X-ray generator, the X-ray spectrum generated by changing the tube current and tube voltage can be changed with the same device depending on the size and depth of the affected part and the size of the X-ray treatment aid. The energy of the gamma ray source is determined when the nuclide is selected, and its decay number is uniquely determined during processing. In addition, X-rays can be electrically switched on and off, while gamma rays cannot be switched on and off, so they must be controlled with a mechanical shutter. This is a big difference in terms of ease of handling and safety of the operator.
A more common radiation therapy is to kill tumor cells by performing multiple doses of about 2 Gy once for breast cancer. The amount of X-ray irradiation in this method is similar, and when the target is damaged by this method, the effect expected by X-ray radiation therapy can be expected at the same time.

(酸素供給)
X線エネルギーを吸収して、X線治療用助剤の酸化還元反応を促進させるためには、発生した電子と正孔が定常的に消費される必要がある。X線の照射が継続的で、電子正孔対の生成が連続して起こっても、一部に電子や正孔が蓄積すると、再結合が起こりやすくなり、キャリアが酸化還元反応に使われなくなる。体内のように、溶存酸素が空気中の酸素濃度に比べて低い場合、伝導帯で電子が酸素に取り込まれて、スーパーオキシドなどの活性酸素種を生成するプロセスが律速となると、キャリアの再結合確率が高まり、酸化還元反応速度が低下すると考えられる。したがって、X線治療用助剤の近傍に、十分な酸素を供給することで、高い反応効率を維持できる。このためには、X線治療用助剤分散液の酸素溶存濃度を、事前に高めておくことが有効な手段となる。したがって、の酸化還元反応を効率よくかつ継続的に進行させて、活性酸素種又はフリーラジカルを発生させ、患部の標的となる細胞、細菌、ウィルス、遺伝子などを死滅または損傷させるため、酸素を予め溶存させた水溶液にX線治療用助剤を分散させることが有効な手段となる。
(Oxygen supply)
In order to absorb the X-ray energy and promote the redox reaction of the X-ray treatment aid, the generated electrons and holes need to be constantly consumed. Even if X-ray irradiation is continuous and electron-hole pair generation occurs continuously, if some electrons and holes accumulate, recombination is likely to occur and carriers are not used for redox reactions. . When dissolved oxygen is low compared to the oxygen concentration in the air, as in the body, electrons are taken into oxygen in the conduction band, and the process of generating reactive oxygen species such as superoxide becomes rate-limiting, then carrier recombination It is thought that the probability increases and the oxidation-reduction reaction rate decreases. Therefore, high reaction efficiency can be maintained by supplying sufficient oxygen in the vicinity of the auxiliary agent for X-ray treatment. For this purpose, it is an effective means to increase the oxygen-dissolved concentration of the auxiliary dispersion for X-ray treatment in advance. Therefore, in order to efficiently and continuously proceed the oxidation-reduction reaction to generate reactive oxygen species or free radicals and kill or damage target cells, bacteria, viruses, genes, etc. in the affected area, It is an effective means to disperse the X-ray therapeutic aid in the dissolved aqueous solution.

次に、実施例により本発明をさらに説明するが、以下の具体例は本発明を限定するものではない。
(実施例1:量子ドット)
〔実験試料〕
外径1mmのガラス・キャピラリーに量子ドット(Qdot705、Invitrogen社)溶液を吸い上げた物(CdTe/ZnS 量子ドットストレプトアビジンサンプラーは、ペーハーpH8.3のホウ酸緩衝液中に、1μMのストレプトアビジン結合QDを含む)と、コントロールとして外径1mmのガラス・キャピラリーに水を吸い上げた物を準備した。
〔実験方法〕
KevexマイクロフォーカスX線源(PXS5-925EA、焦点径7μm)、浜松ホトニクスフラットパネル検出器(C7943CA-02、1231x1231画素)を使用し、X線透過像(管電圧40kV, 管電流120μA, 拡大率 12倍、焦点からの距離30mm)を得た。ダーク信号を差し引き、不良画素を補正した後、サンプルのないゲイン画像との比をとり、Logを求めた結果を図6に示す。
EXAMPLES Next, the present invention will be further described with reference to examples, but the following specific examples are not intended to limit the present invention.
(Example 1: Quantum dots)
[Experimental sample]
Quantum dot (Qdot705, Invitrogen) solution sucked into a glass capillary with an outer diameter of 1 mm (CdTe / ZnS quantum dot streptavidin sampler is 1 μM streptavidin-binding QD in borate buffer at pH 8.3. As a control, a glass capillary with an outer diameter of 1 mm was prepared.
〔experimental method〕
X-ray transmission image (tube voltage 40kV, tube current 120μA, magnification 12) using Kevex microfocus X-ray source (PXS5-925EA, focal diameter 7μm), Hamamatsu photonics flat panel detector (C7943CA-02, 1231x1231 pixels) Double, 30mm from the focal point). FIG. 6 shows the result of obtaining the log by subtracting the dark signal and correcting the defective pixel and then taking the ratio with the gain image without the sample.

また、水とCdTe/ZnS量子ドット(QD)分散溶液のガラス管中央(図6のラインA-AおよびラインB-B)に沿ったX線投影データの輝度値分布比較を、図7に示す。
ガラス管内の量子ドット溶液と水に対し、同一条件でX線を照射した場合、量子ドットを含む溶液のX線吸収が高かった(図7参照)。これは、X線が溶液中に分散したCdTe/ZnSナノ粒子に吸収したためと考えられる。CdTe/ZnSは、フォトンの捕集効率が高いため、バルク固体としては放射線検出素子として従来より使われてきた材料であり、分散した濃度により輝度値は異なるが、ナノ粒子化された場合でも、X線吸収が顕著であることを示しており、CdTe/ZnSのような量子ドットがX線治療用助剤に使われた場合、X線によるエネルギー伝達が効率よく行われることを示している。
FIG. 7 shows a comparison of luminance value distributions of X-ray projection data along the center of the glass tube (line AA and line BB in FIG. 6) of water and a CdTe / ZnS quantum dot (QD) dispersion solution.
When X-rays were irradiated to the quantum dot solution and water in the glass tube under the same conditions, the X-ray absorption of the solution containing the quantum dots was high (see FIG. 7). This is thought to be because X-rays were absorbed by CdTe / ZnS nanoparticles dispersed in the solution. CdTe / ZnS is a material that has been used as a radiation detection element for bulk solids because of its high photon collection efficiency, and the brightness value varies depending on the dispersed concentration. This shows that X-ray absorption is remarkable, and when quantum dots such as CdTe / ZnS are used as an auxiliary for X-ray treatment, energy transfer by X-rays is efficiently performed.

(実施例2:蛍光体、複合型)
〔実験試料〕
(1)TiO2(ルチル90%,アナターゼ10%)を 0.30g/mLとなるように蒸留水に懸濁したものを、直径6mm、深さ0.1mmの円形の孔に7uL点加し十分乾燥させた。
(2)ZnS:Agを 1.00g/mLとなるように蒸留水に懸濁したものを、直径6mm、深さ0.1mmの円形の孔に7uL点加し十分乾燥させた。
(3)TiO2(ルチル90%,アナターゼ10%)0.17g/mLおよびZnS:Agを 0.44g/mLとなるように蒸留水に懸濁したものを、直径6mm、深さ0.1mmの円形の孔に7uL点加し十分乾燥させた。
(4)(1)、(2)、(3)で用意した試料に暗所で4mg/mLのローダミン水溶液を2uL点加え30分間放置した。この時、同時にローダミン水溶液を加えないものを用意した。
(Example 2: phosphor, composite type)
[Experimental sample]
(1) TiO 2 (90% rutile, 10% anatase) suspended in distilled water at 0.30g / mL, added 7uL points to a circular hole with a diameter of 6mm and a depth of 0.1mm, and dried thoroughly I let you.
(2) A suspension of ZnS: Ag in distilled water so as to be 1.00 g / mL was added with 7 uL in a circular hole having a diameter of 6 mm and a depth of 0.1 mm, and was sufficiently dried.
(3) TiO 2 (90% rutile, 10% anatase) 0.17g / mL and ZnS: Ag suspended in distilled water to 0.44g / mL are round 6mm in diameter and 0.1mm in depth. 7uL point was added to the hole and dried sufficiently.
(4) To the samples prepared in (1), (2) and (3), 2 uL of 4 mg / mL rhodamine aqueous solution was added in the dark and left for 30 minutes. At this time, a solution to which no rhodamine aqueous solution was added was prepared.

〔実験方法〕
(5)X線源(東芝、KXO-15E)のX線照射口から10cm離した位置に、用意した試料を置き、 X線を管電圧100kV, 管電流4mAの条件で、30分連続照射した。同時に用意した試料で、X線照射を行わず暗所に置いたものを対照区1とした。
(6)X線照射前と後にデジカメで条件が同じになる様に(マニュアルモード、ISO:64、シャッター速度:1/40、絞り:F3.2、露光:-1)画像を取り込んだ。
(7)この画像を既存のソフトウェア(MATLAB, The MathWorks社)でグレイスケールに変換して輝度値を得た(この時、同一画像内でローダミンを点加しない試料の輝度値でノーマライズを行った)。
(8)X線照射前のローダミンを添加した輝度値とローダミンを添加しない輝度値の差を100%として、試験後の各々の試料の輝度値の変化をパーセンテージで表した。0%は実験前後で輝度が変化せず脱色されないこと、100%は実験によりローダミンが完全に分解されたことを示す。
得られた輝度の変化を、表3に示す。
〔experimental method〕
(5) Place the prepared sample at a position 10 cm away from the X-ray irradiation port of the X-ray source (Toshiba, KXO-15E), and irradiate the X-ray continuously for 30 minutes under the conditions of a tube voltage of 100 kV and a tube current of 4 mA. . A sample prepared at the same time and placed in a dark place without X-ray irradiation was designated as Control Group 1.
(6) Images were captured so that the conditions were the same for digital cameras before and after X-ray irradiation (manual mode, ISO: 64, shutter speed: 1/40, aperture: F3.2, exposure: -1).
(7) This image was converted to gray scale with existing software (MATLAB, The MathWorks) to obtain the luminance value (At this time, normalization was performed with the luminance value of the sample without adding rhodamine in the same image) ).
(8) The change in the luminance value of each sample after the test was expressed as a percentage, where the difference between the luminance value to which rhodamine was added before X-ray irradiation and the luminance value to which rhodamine was not added was defined as 100%. 0% indicates that the luminance does not change before and after the experiment and does not decolorize, and 100% indicates that rhodamine has been completely decomposed by the experiment.
Table 3 shows the obtained luminance change.

ZnS:Ag微粒子にX線を照射したところ、青い蛍光を発することが観察された。またZnS:Ag微粒子はX線照射により、ローダミンを分解することを検証した。
TiO2 とZnS:Agとの混合物にX線を照射した場合のローダミン分解の実測値はZnS:Agより大きいことを検証した。これは蛍光体材料ZnS:Agが、X線照射のもと、単独で酸化還元作用を示すほかに、紫外光または可視光を発することから、これらの光でも酸化還元反応が誘起される光触媒を混合することによって、相乗的に酸化還元反応が促進されることを確認した。
When ZnS: Ag fine particles were irradiated with X-rays, blue fluorescence was observed. It was also verified that ZnS: Ag fine particles decomposed rhodamine by X-ray irradiation.
It was verified that the measured value of rhodamine decomposition was larger than ZnS: Ag when the mixture of TiO 2 and ZnS: Ag was irradiated with X-rays. This is because the phosphor material ZnS: Ag alone exhibits redox action under X-ray irradiation, and emits ultraviolet light or visible light. It was confirmed that the redox reaction was synergistically promoted by mixing.

(実施例3:シンチレータ)
〔実験試料〕
(1)TiO2(ルチル90%,アナターゼ10%)を 0.30g/mLとなるように蒸留水に懸濁したものを、直径6mm、深さ0.1mmの円形の孔に7uL点加し十分乾燥させた。
(2)TiO2(アナターゼ型98%) を1.00g/mLとなるように蒸留水に懸濁したものを、直径6mm、深さ0.1mmの円形の孔に14uL点加し十分乾燥させた。
(3)CeF3 を1g/mLとなるように蒸留水に懸濁したものを、直径6mm、深さ0.1mmの円形の孔に7uL点加し十分乾燥させた。
(4)Nb2O5を 0.30g/mLとなるように蒸留水に懸濁したものを、直径6mm、深さ0.1mmの円形の孔に7uL点加し十分乾燥させた。
(5)ZrO2を 0.31g/mLとなるように蒸留水に懸濁したものを、直径6mm、深さ0.1mmの円形の孔に7uL点加し十分乾燥させた。
(6)(1)、(2)、(3)、(4)、(5)で用意した試料に暗所で4mg/mLのローダミン水溶液を4uL点加え30分間放置した。この時、同時にローダミン水溶液を加えないものを用意した。
(Example 3: Scintillator)
[Experimental sample]
(1) TiO 2 (90% rutile, 10% anatase) suspended in distilled water at 0.30g / mL, added 7uL points to a circular hole with a diameter of 6mm and a depth of 0.1mm, and dried thoroughly I let you.
(2) TiO 2 (anatase type 98%) suspended in distilled water at 1.00 g / mL was added with 14 uL in a circular hole having a diameter of 6 mm and a depth of 0.1 mm, and was sufficiently dried.
(3) CeF 3 suspended in distilled water at 1 g / mL was added with 7 uL in a circular hole having a diameter of 6 mm and a depth of 0.1 mm, and was sufficiently dried.
(4) A suspension of Nb 2 O 5 in distilled water at 0.30 g / mL was added with 7 uL in a circular hole having a diameter of 6 mm and a depth of 0.1 mm, and was sufficiently dried.
(5) A suspension of ZrO 2 in distilled water at 0.31 g / mL was added with 7 uL in a circular hole having a diameter of 6 mm and a depth of 0.1 mm, and was sufficiently dried.
(6) A 4 mg / mL rhodamine aqueous solution was added to the sample prepared in (1), (2), (3), (4), and (5) in the dark and left for 30 minutes. At this time, a solution to which no rhodamine aqueous solution was added was prepared.

〔実験方法〕
(7)X線源(東芝、KXO-15E)のX線照射口から10cm離した位置に、用意した試料を置き、 X線を管電圧100kV, 管電流4mAの条件で、30分連続照射した。同時に用意した試料で、X線照射を行わず暗所に置いたものを対照区1、X線照射を行わず室内(蛍光灯下)に置いたものを対照区2とした。
(8)X線照射前と後にデジカメで条件が同じになる様に(マニュアルモード、ISO:64、シャッター速度:1/40、絞り:F3.2、露光:-1)画像を取り込んだ。
(9)この画像を既存のソフトウェア(MATLAB, The MathWorks社)でグレイスケールに変換して輝度値を得た(この時、同一画像内でローダミンを点加しない試料の輝度値でノーマライズを行った)。
(10)X線照射前のローダミンを添加した輝度値とローダミンを添加しない輝度値の差を100%として、試験後の各々の試料の輝度値の変化をパーセンテージで表した。0%は実験前後で輝度が変化せず脱色されないこと、100%は実験によりローダミンが完全に分解されたことを示す。
上記の実験により求められた輝度の変化を、表4に示す。
〔experimental method〕
(7) Place the prepared sample at a position 10 cm away from the X-ray irradiation port of the X-ray source (Toshiba, KXO-15E), and irradiate the X-ray continuously for 30 minutes under the conditions of a tube voltage of 100 kV and a tube current of 4 mA. . Samples prepared at the same time, which were placed in the dark without being irradiated with X-rays, were designated as control group 1, and those which were placed indoors (under a fluorescent lamp) without being irradiated with X-rays were designated as control group 2.
(8) Images were captured so that the conditions were the same for digital cameras before and after X-ray irradiation (manual mode, ISO: 64, shutter speed: 1/40, aperture: F3.2, exposure: -1).
(9) This image was converted to gray scale with existing software (MATLAB, The MathWorks) to obtain the luminance value (At this time, normalization was performed with the luminance value of the sample without adding rhodamine in the same image) ).
(10) The change in the luminance value of each sample after the test was expressed as a percentage, where the difference between the luminance value to which rhodamine was added before X-ray irradiation and the luminance value to which rhodamine was not added was defined as 100%. 0% indicates that the luminance does not change before and after the experiment and does not decolorize, and 100% indicates that rhodamine has been completely decomposed by the experiment.
Table 4 shows changes in luminance obtained by the above experiment.

本実験のX線照射条件により、TiO2(ルチル90%,アナターゼ10%)およびTiO2(アナターゼ98%)がX線によって励起され、酸化還元反応によりローダミン色素を分解することを検証した。
CeF3微粒子にX線を照射し、紫外線を発することを紫外線メータで確認した。またCeF3微粒子、Nb2O5微粒子、ZrO2微粒子はX線照射により、ローダミンを分解することを確認した。さらに、TiO2は蛍光灯に含まれるUV光によりローダミンを分解するが、CeF3微粒子は本実験条件においては蛍光灯によってローダミンを分解しないことを検証した。
It was verified that TiO 2 (rutile 90%, anatase 10%) and TiO 2 (anatase 98%) were excited by X-rays and decomposed the rhodamine dye by oxidation-reduction reaction under the X-ray irradiation conditions in this experiment.
The CeF 3 fine particles were irradiated with X-rays and confirmed to emit ultraviolet rays with an ultraviolet meter. In addition, it was confirmed that CeF 3 fine particles, Nb 2 O 5 fine particles, and ZrO 2 fine particles decompose rhodamine by X-ray irradiation. Furthermore, it was verified that TiO 2 decomposes rhodamine by the UV light contained in the fluorescent lamp, but CeF 3 microparticles do not decompose rhodamine by the fluorescent lamp under the experimental conditions.

(実施例4:アルミ板による遮蔽の効果)
〔実験試料〕
(1)TiO2(ルチル90%,アナターゼ10%)0.17g/mLおよびZnS:Agを 0.32g/mLとなるように蒸留水に懸濁したものを、直径6mm、深さ0.1mmの円形の孔に7uL点加し十分乾燥させた。
(2)(1)で用意した試料に暗所で4mg/mLのローダミン水溶液を2uL点加え30分間放置した。この時、同時にローダミン水溶液を加えないものを用意した。
(Example 4: Effect of shielding by aluminum plate)
[Experimental sample]
(1) TiO 2 (90% rutile, 10% anatase) 0.17g / mL and ZnS: Ag suspended in distilled water so as to be 0.32g / mL have a circular shape with a diameter of 6mm and a depth of 0.1mm. 7uL point was added to the hole and dried sufficiently.
(2) To the sample prepared in (1), 2 uL of 4 mg / mL rhodamine aqueous solution was added in the dark and left for 30 minutes. At this time, a solution to which no rhodamine aqueous solution was added was prepared.

〔実験方法〕
(3)X線源(東芝、KXO-15E)のX線照射口から10cm離した位置に、用意した試料を置いた。試料とX線の間で試料から5mmの位置に0.3mm、1mm、2mmの厚さのアルミ板を置いた。さらにアルミ板を置かない試料も用意した。 X線を管電圧100kV, 管電流4mAの条件で、30分連続照射した。同時に用意した試料で、X線照射を行わず暗所に置いたものを対照区1、X線照射を行わず室内(蛍光灯下)に置いたものを対照区2とした。
(4)X線照射前と後にデジカメで条件が同じになる様に(マニュアルモード、ISO:64、シャッター速度:1/40、絞り:F3.2、露光:-1)画像を取り込んだ。
(5)この画像を既存のソフトウェア(MATLAB, The MathWorks社)でグレイスケールに変換して輝度値を得た(この時、同一画像内でローダミンを点加しない試料の輝度値でノーマライズを行った)。
(6)X線照射前のローダミンを添加した輝度値とローダミンを添加しない輝度値の差を100%として、試験後の各々の試料の輝度値の変化をパーセンテージで表した。0%は実験前後で輝度が変化せず脱色されないこと、100%は実験によりローダミンが完全に分解されたことを示す。
上記の実験により求められた輝度の変化を、表5に示す。
〔experimental method〕
(3) The prepared sample was placed at a position 10 cm away from the X-ray irradiation port of the X-ray source (Toshiba, KXO-15E). Aluminum plates with thicknesses of 0.3 mm, 1 mm, and 2 mm were placed between the sample and the X-ray at a position 5 mm from the sample. In addition, a sample without an aluminum plate was also prepared. X-rays were continuously irradiated for 30 minutes under the conditions of a tube voltage of 100 kV and a tube current of 4 mA. Samples prepared at the same time, which were placed in the dark without being irradiated with X-rays, were designated as control group 1, and those which were placed indoors (under a fluorescent lamp) without being irradiated with X-rays were designated as control group 2.
(4) Images were captured so that the conditions were the same for digital cameras before and after X-ray irradiation (manual mode, ISO: 64, shutter speed: 1/40, aperture: F3.2, exposure: -1).
(5) This image was converted to gray scale using existing software (MATLAB, The MathWorks) to obtain the luminance value (At this time, normalization was performed with the luminance value of the sample without adding rhodamine in the same image) ).
(6) The change in the luminance value of each sample after the test was expressed as a percentage, where the difference between the luminance value to which rhodamine was added before X-ray irradiation and the luminance value to which rhodamine was not added was defined as 100%. 0% indicates that the luminance does not change before and after the experiment and does not decolorize, and 100% indicates that rhodamine has been completely decomposed by the experiment.
Table 5 shows changes in luminance obtained by the above experiment.

本実験のX線照射条件により、アルミ板で遮蔽してもTiO2 とZnS:Agとの混合物がX線によって励起され、酸化還元反応によりローダミンを分解することを検証した。
これまでがんの治療方法として酸化チタンの微粒子を患部に分散させて、紫外線で励起して細胞を損傷させる方法が検討されてきた。しかし、紫外線や可視光は透過性が低いため、物体表面においては有効であるが物体の深部に対しては無効である。
50keVのX線は厚さ2mmのアルミ板で約10%減衰する。これに相当する水の厚さは8.8mmである。同様に、厚さ1mmのアルミ板は水4.4mm、厚さ0.3mmのアルミ板は水1.5mmの厚さの減衰に相当することから、この実験はX線照射により体表から約9mm深部へのエネルギー伝達が十分可能であることを示している。同時に、紫外線はアルミ板を全く透過しないため、紫外線による励起が困難な場所であっても、X線によってエネルギーを伝達し、酸化還元反応を誘起できることも示している。
It was verified that the mixture of TiO 2 and ZnS: Ag was excited by X-rays and decomposed rhodamine by an oxidation-reduction reaction under the X-ray irradiation conditions in this experiment even when shielded by an aluminum plate.
In the past, methods for treating cancer by dispersing fine particles of titanium oxide in an affected area and exciting them with ultraviolet rays have been studied as a method for treating cancer. However, since ultraviolet rays and visible light have low transmissivity, they are effective on the surface of the object but are ineffective at the deep part of the object.
50keV X-rays are attenuated by about 10% with a 2mm thick aluminum plate. The equivalent water thickness is 8.8mm. Similarly, an aluminum plate with a thickness of 1 mm is equivalent to attenuation of 4.4 mm of water and an aluminum plate with a thickness of 0.3 mm is equivalent to attenuation of a thickness of 1.5 mm, so this experiment is about 9 mm deep from the body surface by X-ray irradiation. It is shown that the energy transfer of is sufficiently possible. At the same time, since ultraviolet rays do not penetrate the aluminum plate at all, it is shown that even in places where excitation by ultraviolet rays is difficult, energy can be transmitted by X-rays to induce a redox reaction.

(実施例5:活性酸素)
〔実験試料〕
(1)実験試料として、以下のものを、3.0mg/mLとなるように蒸留水に懸濁したもの、および蒸留水のみのもの1mLを、おのおの直径35mmのシャーレに分注した。
・光触媒材料:ZrO2、SrTiO2、KTaO3、TiO2(ルチル90%,アナターゼ10%)、CdSe
・蛍光体材料:ZnS:Ag
・シンチレータ材料:CeF3、CsI、CsF
・量子ドット : Qdot525(CdSe/ZnS)、Qdot655(CdSe/ZnS)、Qdot705(CdTe/ZnS)平均粒子径1〜20nm
光触媒、蛍光体、シンチレータ材料は蒸留水に分散した状態で、平均径2-10μmの1次粒子と、これらが凝集した平均径50-200μmで構成されていることを、倍率200倍の光学顕微鏡で確認した。また、量子ドットの粒子径は1〜20nmである。また、TiO2(ルチル90%,アナターゼ10%)とZnS:Agをそれぞれ3.0mg/mLとなるように混合し蒸留水に懸濁したものを直径35mmのシャーレに分注した。量子ドットはQdot525(Invitrogen)、Qdot655(Invitrogen)、Qdot705(Invitrogen)を、1.0ng/mLとなるように蒸留水に懸濁したもの、および蒸留水のみのもの1mLを、おのおの直径35mmのシャーレに分注した。
(2)(1)で用意した試料に、終濃度が25μMとなる様に、ジハイドロエチジウム(dihydroethidium, Invitrogen - Molecular Probes社)を加えた。
(3)(2)の試料おのおのについて、0時間、暗所30分、明所30分(室内蛍光灯下2m)、X線30分(100kV、4mA、照射距離40cm)照射の処理をおこなった。
(Example 5: active oxygen)
[Experimental sample]
(1) As experimental samples, the following were suspended in distilled water so as to be 3.0 mg / mL and 1 mL of distilled water alone was dispensed into petri dishes each having a diameter of 35 mm.
- photocatalytic material: ZrO 2, SrTiO 2, KTaO 3, TiO 2 (90% rutile, anatase 10%), CdSe
-Phosphor material: ZnS: Ag
・ Scintillator materials: CeF 3 , CsI, CsF
Quantum dots: Qdot525 (CdSe / ZnS), Qdot655 (CdSe / ZnS), Qdot705 (CdTe / ZnS) average particle diameter of 1 to 20 nm
The photocatalyst, the phosphor, and the scintillator material are dispersed in distilled water, and are composed of primary particles with an average diameter of 2-10 μm and aggregated average diameters of 50-200 μm. Confirmed with. Moreover, the particle diameter of a quantum dot is 1-20 nm. Further, TiO 2 (rutile 90%, anatase 10%) and ZnS: Ag were mixed at 3.0 mg / mL and suspended in distilled water, and dispensed into a petri dish having a diameter of 35 mm. Quantum dots are Qdot525 (Invitrogen), Qdot655 (Invitrogen), and Qdot705 (Invitrogen) suspended in distilled water at 1.0 ng / mL and 1 mL of distilled water only in a petri dish with a diameter of 35 mm. Dispensed.
(2) Dihydroethidium (Invitrogen-Molecular Probes) was added to the sample prepared in (1) so that the final concentration was 25 μM.
(3) Each sample of (2) was irradiated for 0 hours, 30 minutes in the dark, 30 minutes in the light (2 m under indoor fluorescent light), and 30 minutes in X-rays (100 kV, 4 mA, irradiation distance 40 cm). .

〔実験方法〕
(4)試料を回収し、10000rpm,10min(TOMY社、MX-160)の遠心を行った。
(5)上澄みを取り、再度、同じ条件で遠心し、その上澄みを分取した。
(6)分光蛍光光度計(島津製作所、RF-1500)を用いて波長456nmで励起した時の、585nmの蛍光強度を測定した。
上記の実験により求められた蛍光強度(Ex 456nm, Em 585nm)を、表6に示す。数値は相対的な蛍光強度であり、0時間(ジハイドロエチジウム混合直後)との差を示した。
〔experimental method〕
(4) The sample was collected and centrifuged at 10000 rpm, 10 min (TOMY, MX-160).
(5) The supernatant was taken and centrifuged again under the same conditions, and the supernatant was collected.
(6) The fluorescence intensity at 585 nm was measured using a spectrofluorometer (Shimadzu Corporation, RF-1500) when excited at a wavelength of 456 nm.
Table 6 shows the fluorescence intensities (Ex 456 nm, Em 585 nm) determined by the above experiment. The numerical value is a relative fluorescence intensity, and shows a difference from 0 hour (immediately after mixing with dihydroethidium).

ジハイドロエチジウム試薬は、O2-(スーパーオキサイドアニオン)、HO2・(ペルオキシラジカル)、・HO(ヒドロキシラジカル)等の活性酸素の存在下でジハイドロエチジウム(励起波長385nm、蛍光波長480nm)からエチジウム(励起波長465nm、蛍光波長585nm)が生成されることから、その活性性酸素の測定方法の一つとして用いられる。(文献:Nethery D, Stofan D, Callahan L, DiMarco A, Supinski G.: Formation of reactive oxygen species by the contracting diaphragm is PLA(2) dependent. J Appl Physiol. 1999 Aug;87(2):792-800.)
実施例2、3、4よりTiO2(ルチル90%,アナターゼ10%)、ZnS:Agは蛍光灯照射によりローダミン色素を分解することが確認されている。これは蛍光灯に含まれる数μW/cm2の紫外線の作用によるものである。本実施例により、TiO2(ルチル90%,アナターゼ10%)、ZnS:Ag、SrTiO2、CdSe、Qdot655、Qdot705は光照射におよびX線照射によりエチジウムが生成され活性酸素の発生が確認された。これは、実施例3においてTiO2(ルチル90%,アナターゼ10%)、ZnS:Agは光照射により色素を分解するという現象と一致する。
Dihydroethidium reagents are derived from dihydroethidium (excitation wavelength: 385 nm, fluorescence wavelength: 480 nm) in the presence of active oxygen such as O 2- (superoxide anion), HO 2 (peroxy radical), and HO (hydroxy radical). Since ethidium (excitation wavelength: 465 nm, fluorescence wavelength: 585 nm) is generated, it is used as one method for measuring active oxygen. (Reference: Nethery D, Stofan D, Callahan L, DiMarco A, Supinski G .: Formation of reactive oxygen species by the contracting diaphragm is PLA (2) dependent. J Appl Physiol. 1999 Aug; 87 (2): 792-800 .)
From Examples 2, 3, and 4, it was confirmed that TiO 2 (90% rutile, 10% anatase) and ZnS: Ag decompose rhodamine dyes by irradiation with a fluorescent lamp. This is due to the action of several μW / cm 2 ultraviolet rays contained in the fluorescent lamp. According to this example, TiO 2 (90% rutile, 10% anatase), ZnS: Ag, SrTiO 2 , CdSe, Qdot655, and Qdot705 were confirmed to generate ethidium upon light irradiation and X-ray irradiation to generate active oxygen. . This is consistent with the phenomenon that in Example 3, TiO 2 (rutile 90%, anatase 10%) and ZnS: Ag decompose the pigment by light irradiation.

一方CeF3、ZrO2、CsI、CsF、KTaO3、Qdot525は光照射よりほとんどエチジウムが生成されず、X線照射によりエチジウムが生成された。これは、実施例3においてCeF3、ZrO2はX線照射のみにより色素を分解し、光照射によって色素を分解しないという現象と一致する。これらの実施例から、色素の分解は活性酸素の発生によるものであることが確認でき、さらにTiO2(ルチル90%,アナターゼ10%)、ZnS:Ag、CeF3、ZrO2、CsI、CsF、SrTiO2、CdSe、KTaO3、Qdot525、Qdot655、Qdot705はX線照射により活性酸素が発生することが確認された。Qdot525、Qdot655はCdSeをコアとしてZnSを被覆した量子ドットであり、Qdot705はCdTe をコアとしてZnSを被覆した量子ドットである。本実験ではQdot525、Qdot655はCdSe微粒子の3百万分の1の濃度で同程度の活性酸素を発生した。これは、Qdot525、Qdot655が超微粒子であるために反応に寄与する表面積がCdSe微粒子に比べて非常に大きいこと、およびQdot525、Qdot655がCdSeとZnSの複合材料であることによる。また、Qdot705はCdTeとZnSの複合材料であり、これらの成分もX線照射により活性酸素発生に寄与することが確認された。 On the other hand, CeF 3 , ZrO 2 , CsI, CsF, KTaO 3 , and Qdot525 produced little ethidium by light irradiation, but produced ethidium by X-ray irradiation. This is consistent with the phenomenon that CeF 3 and ZrO 2 in Example 3 decompose the dye only by X-ray irradiation and do not decompose the dye by light irradiation. From these examples, it can be confirmed that the decomposition of the pigment is due to generation of active oxygen, and further, TiO 2 (90% rutile, 10% anatase), ZnS: Ag, CeF 3 , ZrO 2 , CsI, CsF, SrTiO 2 , CdSe, KTaO 3 , Qdot525, Qdot655, and Qdot705 were confirmed to generate active oxygen by X-ray irradiation. Qdot525 and Qdot655 are quantum dots coated with ZnS using CdSe as a core, and Qdot705 is a quantum dot coated with ZnS using CdTe as a core. In this experiment, Qdot525 and Qdot655 generated the same level of active oxygen at a concentration of 1/3 million of CdSe fine particles. This is because Qdot525 and Qdot655 are ultrafine particles, and the surface area contributing to the reaction is much larger than that of CdSe fine particles, and that Qdot525 and Qdot655 are composite materials of CdSe and ZnS. Qdot705 is a composite material of CdTe and ZnS, and these components were also confirmed to contribute to the generation of active oxygen by X-ray irradiation.

本発明は、放射線治療において、ガン細胞などの悪性新生物、ガン前駆細胞、ウイルスおよび細菌が感染した細胞を損傷または死滅させて治療するのに有用なX線治療用助剤を提供する。本発明のX線治療用助剤は、患部領域にX線の照射を限定した低被曝線量で、放射線を使った低侵襲の治療法への道を拓くものである。
また、本発明X線治療用助剤を使用することにより、菌(大腸菌、エンドトキシン、O157、ベロ毒素、MRSA(メチシリン耐性黄色ブドウ球菌)、エンテロトキシン、緑濃菌)の殺菌、毒素分解、ならびに、バクテリア、ウイルスの酸化分解、損傷、死滅により、殺菌滅菌を行うことも可能となる。
The present invention provides an X-ray therapeutic aid useful for the treatment of damaged or killed malignant neoplasms such as cancer cells, cancer precursor cells, cells infected with viruses and bacteria in radiation therapy. The auxiliary agent for X-ray treatment of the present invention opens the way to a minimally invasive treatment method using radiation at a low exposure dose in which X-ray irradiation is limited to the affected area.
In addition, by using the X-ray treatment auxiliary of the present invention, sterilization of bacteria (E. coli, endotoxin, O157, verotoxin, MRSA (methicillin-resistant Staphylococcus aureus), enterotoxin, chlorophyll), toxin decomposition, and Bactericidal sterilization can be performed by oxidative degradation, damage and death of bacteria and viruses.

本発明のX線治療用助剤を使用して、患部にX線を照射して治療する方法を説明する図である。It is a figure explaining the method of irradiating and treating an affected part by X-rays using the adjuvant for X-ray treatment of this invention. X線治療用助剤の患部での透過距離計算方法とパラメータを示す図である。It is a figure which shows the transmission distance calculation method and parameter in the affected part of the adjuvant for X-ray treatment. 本発明の混合または複合型X線治療用助剤の酸化還元反応の相乗効果を説明する図である。It is a figure explaining the synergistic effect of the oxidation-reduction reaction of the mixed or composite type X-ray therapeutic adjuvant of the present invention. 2種類以上のX線治療用助剤材質の混合または複合の形態を説明する図である。It is a figure explaining the form of mixing or compounding of two or more kinds of auxiliary materials for X-ray treatment. 混合または複合型X線治療用助剤の蛍光発光と吸収スペクトルを考慮した最適な組み合わせを示す図である。It is a figure which shows the optimal combination which considered the fluorescence emission and absorption spectrum of the mixed or composite type X-ray therapeutic aid. 実施例1で得られた結果を示す図である。It is a figure which shows the result obtained in Example 1. 実施例1で得られた結果を示す図である。It is a figure which shows the result obtained in Example 1.

Claims (9)

平均粒径が1nm〜10μmの微粒子で、遠達力のあるX線を吸収し、吸収したX線エネルギーを酸化還元反応に変換して、活性酸素種又はフリーラジカルを発生させるエネルギー変換微粒子の少なくとも1種を媒体に分散させてなるX線治療用助剤。   At least an energy conversion fine particle having an average particle diameter of 1 nm to 10 μm, which absorbs X-rays with long-distance power, converts the absorbed X-ray energy into a redox reaction, and generates active oxygen species or free radicals. An auxiliary agent for X-ray treatment in which one kind is dispersed in a medium. 前記エネルギー変換微粒子が、CdTe、CeF、ZnS:Ag、Nb、ZrO、CsI、CsF、SrTiO、CdSe、KTaOからなる群から選択されたものであることを特徴とする請求項1に記載のX線治療用助剤。 The energy conversion fine particles are selected from the group consisting of CdTe, CeF 3 , ZnS: Ag, Nb 2 O 5 , ZrO 2 , CsI, CsF, SrTiO 2 , CdSe, and KTaO 3. Item 2. The X-ray treatment adjuvant according to Item 1. 前記エネルギー変換微粒子の平均粒径が1〜200nmであることを特徴とする請求項1又は2に記載のX線治療用助剤。   The average particle size of the energy conversion fine particles is 1 to 200 nm, and the adjuvant for X-ray treatment according to claim 1 or 2. 前記エネルギー変換微粒子の含有量が、分散媒体を基準として1.0×10−7〜50重量%であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のX線治療用助剤。 The X-ray therapeutic adjuvant according to any one of claims 1 to 3, wherein the content of the energy conversion fine particles is 1.0 x 10-7 to 50 wt% based on a dispersion medium. 前記媒体が、水又は水系溶媒であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のX線治療用助剤。   The adjuvant for X-ray treatment according to any one of claims 1 to 4, wherein the medium is water or an aqueous solvent. 前記媒体が、酸素を予め溶存させた水又は水系溶媒であることを特徴とする請求項5に記載のX線治療用助剤。   The adjuvant for X-ray therapy according to claim 5, wherein the medium is water or an aqueous solvent in which oxygen is dissolved in advance. 前記エネルギー変換微粒子が補助成分として光触媒又は蛍光材料を含有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のX線治療用助剤。   The said energy conversion microparticles | fine-particles contain a photocatalyst or a fluorescent material as an auxiliary | assistant component, The adjuvant for X-ray treatment in any one of Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. 前記光触媒がTiOであることを特徴とする請求項7に記載のX線治療用助剤。 The adjuvant for X-ray treatment according to claim 7, wherein the photocatalyst is TiO 2 . X線治療用助剤が、10〜1013フォトン/cm/秒の遠達力のあるX線を照射して用いられるものであることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のX線治療用助剤。
The adjuvant for X-ray treatment is used by irradiating X-rays having a long reach of 10 7 to 10 13 photons / cm 2 / sec. The adjuvant for X-ray treatment as described.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015063535A (en) * 2008-04-04 2015-04-09 イミュノライト・エルエルシー Non-invasive systems and methods for in-situ photobiomodulation
JP2016128516A (en) * 2008-04-04 2016-07-14 イミュノライト・エルエルシー Non-invasive systems and methods for in-situ photobiomodulation

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