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理研、放射性同位体アスタチンの大量製造法を開発

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理化学研究所 仁科加速器科学研究センター 核化学研究開発室、金属技研株式会社 技術開発本部 エンジニアリングセンターらの共同研究チームは、人工元素アスタチン(At)を大量に製造する技術の開発に成功しました。本研究成果は、Atが放出するα線を用いたがん治療薬の開発を加速すると期待されます。本研究成果は、第20回日本加速器学会年会において発表されました。(8月31日理化学研究所プレスリリース)

今回は、理化学研究所より発表された放射性同位体の製造に関するプレスリリースを取り上げます。

アスタチン(At)は85番元素であり、1940年に加速器を用いて人工的に合成され発見に至りました。アスタチン(astatine)という名前は、ギリシャ語で「不安定」を意味するastatosが語源であり、実際安定同位体は存在せず、最も長い半減期を持つ211Atでも8.1時間となっています。なぜこの不安定なアスタチンを製造することを目指しているかというと、アスタチンがα線を放出するためがん治療への応用が期待されているからです。例えば、甲状腺がんの治療では、放射性ヨウ素(131I)を用いたβ線治療が実施されています。しかし、繰り返しの治療を行っても十分な治療効果が得られない場合があり、またβ線による他者への被ばくを避ける設備と措置が必要です。そこで、よりエネルギーが高く透過性が低いα線を放出するアスタチンの化合物を用いた研究や治験が進められています。

アルファ線治療薬アスタチン(TAH-1005)を用いた治療のイメージ(出典:大阪大学プレスリリース)

上記の理由でアスタチンの需要が高まっていますが、半減期を考えると輸入することは到底不可能であり、国内での安定的な製造が求められています。そこで理研の研究チームは、2015年度より理研RIビームファクトリー(RIBF)AVFサイクロトロンを用いて、211Atの製造技術開発を行い、211Atの製造・供給を進めてきました。

従来は下の図のように、ビームの軸に対して15度傾けて設置された固体Biターゲットにサイクロトロンで加速したヘリウムイオンビームを一定時間照射し、その後、実験室で850度で加熱し、気体となった211Atを冷却・固化させ、BiとAtを分離していました。より多くの211Atを得るにはビーム強度を上げる必要がありますが、金属Biの融点が271.5℃と非常に低いため、ビーム強度を増大すると熱で融け落ちてしまい、211Atの生成量がビーム強度に比例して増大しないという問題がありました。

従来のアスタチン製造装置の概念図(出典:理研プレスリリース

そこで共同研究チームは、新しい211At製造装置の開発を行いました。具体的には、金属Bi標的を炭素製容器の内壁にリング状に張り付け、それを高速回転させ、Biが溶けてもビーム軸上に保持される機構にしました。また、高周波誘導コイルを用いて、その場で加熱し、標的を動かさずに加熱して211Atを回収できる機構も開発しました。従来装置と同じビーム出力40μAで試験運転を行った結果、同等の211Atの収率が得られ、従来装置の限界を超える50μAでは、一般的な研究に必要とされる約200 MBqの211Atの試験製造に成功しました。

本研究で開発したアスタチン製造装置の概念図(出典:理研プレスリリース

113番元素ニホニウム(Nh)の合成・発見に用いられた理研重イオン線形加速器(RILAC)は、3年間に及ぶ増強工事を経て、2020年より理研超伝導重イオン線形加速器(SRILAC)として生まれ変わりました。このSRILACは、200μA以上のHeイオンビームを発生できると期待されており、本研究で開発した装置をSRILACに組み合わせて211Atの製造効率を増大させ、医薬品の開発、実用化に貢献していくそうです。

研究内容は装置についての内容でしたが、化学的な特性から来る問題点を解決し、より効率的に211Atを回収できるように装置を組み立てたところは、興味深いと思いました。プレスリリースでは最終結果のみが紹介されていますが、公開されている特許の実験項からは、試行錯誤を垣間見ることができます。気になったのは大量のヘリウムガスを使っている点で、排気からもヘリウムを回収しているかもしれませんが、より少ない流量か他のガスで代替できないのか気になるところです。今後の医療技術発展のために211Atの製造が進むことを期待します。

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ただの会社員です。某企業で化学製品の商品開発に携わっています。社内でのデータサイエンスの普及とDX促進が個人的な野望です。

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