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環境・エネルギー工学専攻「粒子(電子・原子核・中性子)の現象を社会の進歩に役立てる」
例えば、がん細胞だけを死滅させる中性子線治療 粒子の振る舞いと作用を知れば、世の中を変えられる 環境・エネルギー工学専攻 吉橋 幸子 助教

先進医療機器は工学の力の結集

「工学は、病気の治療もできるんです」と語るのは、堀池研究室に所属する吉橋幸子助教。治療行為は医師にしかできないが、その医師が頼りにする診断装置や治療装置には、電気や機械、化学、そして吉橋先生が専門とする量子エネルギーなど、工学の力が結集しているというわけだ。先進医療機器なくして、もはや現代の医療は成り立たないと言ってもいいだろう。堀池研究室でも、テーマのひとつに量子エネルギーの医療への応用を掲げ、がん治療のための「ホウ素中性子捕獲療法(Boron Neutron Capture Therapy)」を実現する治療装置の研究を進めている。これは、近年、がんの新しい治療法として注目されている粒子線治療の一種ではあるが、すでに実用化されている粒子線治療には陽子線や重粒子線が利用されているのに対し、この研究では中性子線が使われる点が新しい。

中性子線治療を行うための中性子は、重水素ビームを液体金属リチウムの高速流に入射して生成する。その要素技術確立のため、液体金属リチウムの表面流の特性を研究している。

従来の粒子線治療を補う新たな中性子線治療

まず、粒子線治療は放射線治療とどう違うのか。放射線治療に使われるX線は電磁波の一種で、体内に入った瞬間から電子線を放出し、体内を進むに従って徐々にエネルギー量が減少するという特性を持っている。そのため、がんの病巣の前後の正常組織にもダメージを与えてしまう。対して粒子線治療のビームに使われる陽子(水素原子の原子核)や重粒子(炭素原子の原子核)は体内に入ってもあまりエネルギーを放出せず、停止する瞬間に一気にエネルギーを放出するという特性がある。粒子が止まる場所を操作することで、がん細胞だけを狙い撃つことができる。では、中性子を使うことのメリットはどこにあるのか。

液体金属リチウム循環装置。次世代エネルギー源を研究する一環として導入された装置で、こうした大規模な装置があるのは大阪大学だからこそ。

中性子はプラスの電荷もマイナスの電荷も持っていない粒子であり、そのままでは体を透過してしまう。そこで、中性子を吸収する特性を持つホウ素を、がん細胞だけに選択的に集積する薬品にして予め投与しておき、中性子線を照射する。すると中性子線の当たったボロンからアルファ線とリチウムイオンが放出される。これらは、細胞殺傷能力が高いが、質量が重いため飛程(静止するまでに進む距離)がわずか10ミクロンしかない。そう、細胞の大きさと同じなのだ。ボロンと結合したがん細胞だけを死滅させ、正常細胞にはダメージを与えないというわけだ。

次世代のエネルギー源を研究する国際プロジェクトでも活躍

陽子や重粒子は、止まる瞬間に一気にエネルギーを放出するが、体内に入ってからその瞬間までエネルギーの放出はゼロではない。がん細胞を狙って誤差なく正確にビームを照射しなければならないし、エネルギーが高いために何度も繰り返せないという制約もある。そこに中性子をがん治療に利用するメリットがあり、吉橋先生は「従来の粒子線治療でがんを取りきれなかったり、転移が見つかったりしたときに中性子線治療が非常に有効になると思います。がんの発生部位などによっても使い分けができるかもしれず、併用していくことが、がん治療の発展につながると思います」と近未来の医療をイメージする。

こうした医療分野を狙った研究の背景には、長年にわたる電磁波や放射線に関する基礎的な研究の蓄積があり、他にも非接触・非破壊での計測や観測、レーザーを使った切削などの研究も進められている。また、日本、EU、アメリカ、中国、ロシア、韓国が参加して将来のエネルギー源を研究開発しようという国際プロジェクトにも参加し、世界で大阪大学にしかできないという重要なパートを受け持っている。実は中性子線治療のテーマも、そのプロジェクトの研究の中から派生したもので、大阪大学オリジナルの研究である。

「原子を構成する粒子の世界の振る舞いは、人の目には見えませんが、大きなパワーと可能性を秘めており、その原理や作用を知ることで、世の中の様々な場面で役立てることができます。テーマが大きいのでチームで研究する面白さもあるし、大規模な装置を使う醍醐味も味わえますよ」。世界でもここにしかない実験装置の前で吉橋先生は呼びかける。

吉橋 幸子 助教 環境・エネルギー工学専攻

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