ナノ秒陽子FLASH放射線治療が正常細胞の損傷を低減(Nanosecond Proton FLASH Radiotherapy Reduces Normal Cell Damage)

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2026-07-28 合肥物質科学研究院(HFIPS)

中国科学院(CAS)合肥物質科学研究院を中心とする研究チームは、上海光学精密機械研究所および山東大学との共同研究で、ナノ秒レーザー駆動陽子FLASH放射線治療が、がん細胞への治療効果を維持しながら正常細胞への損傷を軽減できることを明らかにした。研究成果は学術誌iMedに掲載された。FLASH放射線治療は超高線量率で放射線を照射する技術で、本研究では約12.9ナノ秒のレーザー駆動陽子パルスを用いて、肺がん細胞(A549)と正常気管支上皮細胞(BEAS-2B)への影響を従来の陽子線照射と比較した。その結果、両手法ともがん細胞を効果的に死滅させた一方、FLASH照射では正常細胞の損傷が大幅に抑えられた。さらに、FLASH照射はミトコンドリアの構造・機能を維持し、鉄依存性細胞死(フェロトーシス)を抑制することが判明した。また、通常照射で誘導されるストレス応答タンパク質ATF3の活性化が抑えられ、抗酸化防御機構が維持されることで酸化障害が軽減されることも示された。放射線の総線量だけでなく、エネルギーの時間的な与え方が細胞応答を左右することを示す成果であり、安全性の高い高精度放射線治療の実現に貢献すると期待される。

ナノ秒陽子FLASH放射線治療が正常細胞の損傷を低減(Nanosecond Proton FLASH Radiotherapy Reduces Normal Cell Damage)
Schematic of Normal Tissue Sparing in Laser-Proton FLASH-RT (Image by SHAO Changsheng)

<関連情報>

ナノ秒レーザー駆動プロトンFLASHは、ミトコンドリアの恒常性を維持し、フェロトーシスを抑制することで正常組織細胞を保護する Nanosecond Laser-Driven Proton FLASH Spares Normal Tissue Cells by Sustaining Mitochondrial Homeostasis and Attenuating Ferroptosis

Changsheng Shao, Yu Zhang, Pengzhi He, Xin Yu, Wenjie Peng, Junfeng Chen, Haotian Hu, Yiying Wang,Mei Xiao, Chao Liu, Li Sui, Tianyuan Dai, Xiangkui Mu, Xianghong Jia, Jian-Hui Bin, Qing Huang
iMed  Published: 13 July 2026
DOI:https://doi.org/10.70322/iMed.2026.10006

ABSTRACT

Radiotherapy’s clinical utility remains fundamentally constrained by the collateral damage to healthy tissues. Ultra-high dose rate (UHDR) irradiation, or FLASH-radiotherapy (FLASH-RT) has emerged as a transformative paradigm to mitigate such toxicity. However, the biological effects of FLASH-RT on the high-efficiency of tumor killing and normal tissue sparing remain poorly understood. In this work, we utilized a petawatt-class laser-plasma acceleration (LPA) platform to deliver discrete 12.9-nanosecond proton pulses at an extreme instantaneous dose rate of 1.94 × 107 Gy/s. This temporal singularity achieved a profound sparing effect in normal bronchial epithelial cells, evidenced by a nine-fold reduction in the lethal α coefficient (from 0.47 to 0.05 Gy−1), while maintaining full tumoricidal potency against lung adenocarcinoma. Mechanistically, we demonstrated that LPA-FLASH could effectively bypass the ATF3-mediated stress response and circumvent the subsequent ferroptotic cascade. This molecular evasion could preserve the mitochondrial cristae integrity and trigger an adaptive bioenergetic ATP surge—a hallmark of metabolic resilience exclusively in healthy tissue cells. Therefore, our findings identify ferroptosis-mediated mitochondrial integrity as a unifying framework for selective normal-tissue protection at the physical limits of radiation delivery, and establish LPA-FLASH-RT as a potent, compact modality for next-generation oncology.

医療・健康
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