アインシュタインの光電効果をがん細胞の中で再現 放射線治療への新展開

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2021-07-14 京都大学アイセムス

ヨウ素を含んだナノ粒子を取り込ませたがん組織にX線を照射すると、ヨウ素は電子を放出してDNAを破壊し、がん細胞を死滅させる。(©高宮ミンディ/京都大学アイセムス)

京都大学アイセムスの玉野井冬彦教授らの研究グループは、がん細胞内にヨウ素元素を含むナノ粒子を取り込ませ、これにX線を当てることで、がん細胞のDNAを切断し、細胞死を誘導できることを明らかにしました。また、X線のエネルギーを調整することで、DNA切断の効率を高められることを明らかにしました。
金属原子に光を当てることで電子を放出させる現象は、アインシュタインの光電効果と呼ばれています。この現象の解析により、アインシュタインは光が粒子と波の両方の性格があることを1905年に提唱しました。さらに彼の書いた論文が、その後の量子物理学の基礎を作ったと考えられています。本研究成果は、まさに、アインシュタインの光電効果を、がん細胞内で再現する試みです。
また、従来の放射線治療では、X線が細胞内の主に水分子をイオン化して活性酸素を発生させることでDNA切断を引き起こす、いわば間接効果が多いのに対し、本研究では、DNAのすぐ近傍でヨウ素にX線を当てることで電子を発生させてDNA切断を引き起こすという直接効果を得ることに成功しました。直接効果を促進することにより、放射線治療の効率を大きく上げられると考えています。
本成果は、英国時間7月14日午前10 時(日本時間 午後6 時)に、英科学誌「Scientific Reports(サイエンティフィック・リポーツ)」にオンライン掲載されました。また、本研究は、量子科学技術研究開発機構、カリフォルニア大学アーバイン校と共同で行いました。

詳しい研究成果について

アインシュタインの光電効果をがん細胞の中で再現 放射線治療への新展開

書誌情報

論文タイトル:Iodine containing porous organosilica nanoparticles trigger tumor spheroids destruction upon monochromatic X-ray irradiation: DNA breaks and K-edge energy X-ray
(ヨウ素担持多孔性有機シリカナノ粒子はがんスフェロイドの破壊を単色X線照射により誘導する)
著者:Yuya Higashi, Kotaro Matsumoto, Hiroyuki Saitoh, Ayumi Shiro, Yue Ma, Mathilde Laird, Shanmugavel Chinnathambi, Albane Birault, Tan Le Hoang Doan, Ryo Yasuda, Toshiki Tajima, Tetsuya Kawachi and Fuyuhiko Tamanoi

Scientific Reports|DOI: 10.1038/s41598-021-93429-9

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