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A-BNCT 소개 및 현황

A-BNCT 소개 및 현황. 2019.01.25( 금 ) 김동영 (Kim DongYoung ), PhD. 가천대 길병원 가천의생명연구원. A-BNCT = Accelerator based Boron Neutron Capture Therapy = 가속기 + 붕소 - 중성자포획반응 + ( 방사선 ) 암치료. 방사선 ( 암 ) 치료의 원리 BNCT(Boron Neutron Capture Therapy) 소개 BNCT 의 역사 A-BNCT 현황. 1. 방사선치료의 원리.

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A-BNCT 소개 및 현황

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Presentation Transcript

  1. A-BNCT 소개 및 현황 2019.01.25(금) 김동영(Kim DongYoung), PhD. 가천대길병원가천의생명연구원

  2. A-BNCT = Accelerator based Boron Neutron Capture Therapy = 가속기 + 붕소-중성자포획반응 + (방사선)암치료 방사선(암)치료의 원리 BNCT(Boron Neutron Capture Therapy) 소개 BNCT 의 역사 A-BNCT 현황

  3. 1. 방사선치료의 원리

  4. 방사선치료의 원리 • 방사선치료에서의 방사선량(선량) • 방사선종양학과 의사  (내과)약 대신 방사선량 처방  prescription DOSE(처방선량) • 방사선이 세포에 준 영향에 관심  흡수선량(Absorbed Dose) • 흡수선량: 1 Gy = 1 J/kg ( = 100 rad = 10,000 erg/g ) • 방사선치료의 일반적인 선량 : 30-80Gy • 100 Gy = 100 J/kg = 24 cal/kg  0.024 ℃ 온도상승 •  (암)세포를 태우거나 끓이는 것이 아님!!! • [예] 60Gy : 1회(surgery, 1시간) 혹은 30회(therapy, 10분씩 6주)로 나누어 치료 • 방사선치료의 원리 • 방사선  (암)세포의 DNA 손상 세포분열과정 오류  세포사멸 (몇일~몇주)

  5. DNA 절단과 LET(Linear Energy Transfer) • DNA 손상 • 한가닥절단(SSB)  자주 일어남  쉽게 복구됨 • 두가닥절단(DSB)  가끔 발생.  부정확하게 복구 • (1) 세포분열화과정서 사멸 • (2) 세포분열(돌연변이)  돌연변이 반복  사멸 •  암세포 • (3) 발아세포분열(돌연변이)  유전적 돌연변이 • LET = Linear Energy Transfer = 하전입자가 단위길이당 물질에 전달하는 에너지 = keV/um • Stopping Power S = 단위길이당 입자가 잃는 에너지 = keV/um • LET ~ S  모든 입자에 대해 LET 로 얘기함 • 입자의 종류와 에너지에 따라 LET 가 다름. • LET 가 클수록  DNA의 DSB 가 많이 발생  암세포사멸에 효과가 크다. • RBE = Relative Biological Effectiveness = (X선 250kV 의 선량) / (동일한 생물학적 효과를 내는 선량)

  6. LET vs RBE LET 100~200keV/um 가 효과적 0.1 1 10 100 1000 LET(keV/um) RBE(ICRP60) • 10keV > 중성자의 RBE ~ 3 • 양성자 : 1.1 사용. 이견들이 있음.

  7. 2. BNCT 소개

  8. Why BNCT? • [ 방사선치료의 목표 ] • 종양세포에는 최대한의 선량 • 정상세포에는 최소한의 부작용(최소한의 선량) • X선 : 3D-CRT, IMRT, IGRT, VMAT 등의 기술 발전 • 양성자, 중입자: Bragg Peak on Target • BNCT(붕소-중성자포획) • - Binary Radiotherapy ( 붕소 + 중성자 ) • - Cell-Selective

  9. Boron(10B)-Neutron Capture Range 10um ~ 세포크기  표적세포만 제거 Neutron • Thermal (En < 0.5 eV). • Epithermal (0.5 eV < En < 10KeV) • Fast (En>10 keV) 10B + nth4He + 7Li + 2.79 MeV (6%) 10B + nth4He + 7Li + 2.31 MeV + γ0.48 MeV (94%)

  10. Boron compounds 가 중요함 인체무해 암세포 집적

  11. Why Boron? • 중성자포획 산란단면적이 비교적 큼 • 안정된 원소(동위원소가 아님) • 쉽게 구할 수 있음 • 여러 화합물이 존재  암세포 집적 가능한 화합물의 가능성 • 인체에 비교적 안전

  12. Boron compounds Boron compounds – 인체무해, 암세표 집적 1st Generation 2nd Generation 3rd Generation Candidate 4th Generation Cellular Building Block Boron-Containing Nucleic Acid Precursors and Amino Acids Lipoproteins Liposomes 1개 10B Receptors Antigen Binders Porphyrins and Phthalocyanines 12개 10B

  13. 치료 예 • BPA 500mg/kg 정맥주사 • 치료 2h 전 부터 주사 • [ 예 ] 60kg 의 환자 • 0.5g/kg * 60kg = 30g BPA 주사 • 3% BPA 용액1L(1kg) 주사 • 2시간동안 주사 : 500ml/h * 2h = 1L • 치료직전 혈중 10B 농도=38.3 •  평형을 이루었다 가정 • 혈액=피부=점막=신경=38.3ppm 으로 가정 • T/B = 3.5 로 가정하면, • 종양=38.3 * 3.5 = 134.1ppm

  14. 선량계산

  15. 인체의 중성자포획

  16. 방사선 : n, γ Dtot= CBE∙DB+ RBEγ∙D γ+ RBEp∙Dp+ RBEH∙DH • 1H(n,n’)p • 고속중성자와수소원자의 탄성충돌 • 10B(n,α)7Li • 10B 의 분포에 영향을 받는다.(CBE) •  10B-carrier 의 종류 •  skin 의 종류 • (BPA : 종양=3.8,정상신경=1.35) • 14N(n,p)14C • 질소원자의열중성자 포획 • 빔에 포함된 감마선 • 수소-열중성자포획에 의한 감마선 • 10B 효과(종양/정상조직) • 10B 농도의 차이 : 약 2.5~3배 • CBE의 차이 : 약 0.8~2.8 •  2 ~ 8 배의 차이 CBE RBE

  17. 3. 한국에서의 BNCT 의 역사

  18. Brief History of BNCT R&D Activities in Korea • 25 years to study on BNCT : Neutron Sources, Boron Compounds, Biological Effects, TPS □ Hanaro(30MW Reactor) 1. Survey study of BNCT: KIRAMS (‘92-’96) Establishment of basic technology of BNCT: KAERI (‘96-’99) Building a thermal neutron beam port at 30MW Hanaro reactor : KAERI (‘97-’02) 4, Development of Boron labeled compound (18F-FBPA, 123I-BPA) : KIMAMS (‘02-05) 5. Biological studies on cells & ratswith boron compounds and thermal neutrons: KAERI(’02-’07) Design study of an accelerator based BNCT : Hanyang Univ. (‘02-’07) Development of new boron compounds, : Wonkwang, Chosun & Korea Univ. (‘02- ‘12 ) 8. Construction of a 100MeV Proton Linac, KOMAC, (Korea Multipurpose Accelerator Complex) KAERI (‘02-’12) Establish of A-BNCT project : Dawonsys Consortium (‘16-’20) KIRAMS, Cyclotron based BNCT(2018?~) □ KOMAC (100MeV Linac)

  19. 4. A-BNCT 의 현황

  20. BNCT Guideline : IAEA-TECDOC-1223 • Epithermal beam energy: 0.5eV ~ 10keV • Beam intensity : > 1x10^9 epithermal neutrons/cm^2/s recommended • 0.5x10^9 사용가능 • *** 10B 30ppm, T/N=3.5  1h A-BNCT Spec • Proton Beam Energy : 10MeV • Beam Current : 8mA • Be Target • Epithermal neutron intensity : 2x10^9 /cm^2/s

  21. 10m 양성자 선형가속기 ( 50keV 입사기+ 3MeV RFQ + 10MeV DTL )

  22.  방사선 인허가 22m 35m 233평 부대시설 : 전력, 냉각, 공조, 배수등

  23. 양성자 선형가속기– 개발 구축 완료 Injector (tested) DTL (under RF conditioning) RFQ (under beam commissioning)

  24. 비공인 현황(2019.01) • Beam tunning • Target 제작(테스트 전) • TPS 개발중 비공인 향후 계획 • 2019.02 전임상시험: 세포, 동물시험 • 2019.10 TPS 개발완료, 임상시험 개시

  25. ※ 국책과제 개발팀 구성 업무 분장 사업 총괄 ㈜다원시스 과 제 명 : 암치료용 가속기기반 붕소중성자포획 시술이 “1시간 이내”에가능한 시스템 개발 과제기간 : 2016 . 04 ~ 2020 . 12 ( 4년 9개월) 주관기관 : ㈜ 다원시스 참여기관 : 길병원, 가천대, 포항가속기(연), 원자력(연), 기초과학지원(연) 역할 분담 연구 서울대 인허가 연구 고려대 의료사업 총괄 ㈜다원메닥스 기술위원회 ◎ 장치기술 검증 ◎ 치료기술 검증 참여기관 5 기초과학지원(연) 참여기관 4 원자력(연) 참여기관 2 가천대 참여기관 3 길병원 주관기관 ㈜다원시스 참여기관 1 포항공대(연)

  26. Facilities for BNCT center

  27. 감사합니다.

  28. 원자로에서의 BNCT - 일본 KUR(Kyoto Univ. research Reactor)

  29. KUR(Kyoto Univ. research Reactor)

  30. 실험실 (환자준비) PGA(10B측정) 환자 Setup 모 니 터 제어 HWNIF (BNCT)

  31. (앞쪽) 수액라인 지름 5cm 정도의 호스 (뒤쪽)

  32. 개요 : • 혈액의10B 농도측정은 E-3 도관에서,즉발 γ 선측정법(PGA)으로실시했다. 원자로 실험실 E3 Neutron Guide Tube

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