1. RLG技術利用研究者へのアンケート結果

栗原紀夫,中島栄一*,高橋千太郎**
京都大学放射性同位元素総合センター分館

606-8502京都市左京区北白川追分町
*三共(株)分析代謝研究所
140-0005東京都品川区広町1-2-58
**放射線医学総合研究所第4研究グループ
263-8555千葉市稲毛区穴川4-9-1

Key Words: radioluminography(RLG),imaging system,photo-stimulated luminescence,chemiluminescence,questionnaires to RLG users,bioimaging analyzer,phosphoroimager,molecular imager,imaging plate

†Instruments for Radiation Measurement in Biosciences: Series 3. Radioluminography. 1.
Results of Questionnaires to the Scientists Using Radioluminographic Techniques.
Norio KURIHARA,Eiichi NAKAJIMA* and Sentaro TAKAHASHI**:
Radioisotope Research Center,Kyoto University,Sakyo-ku,Kyoto-shi 606-8502,Japan,*Analytical and Metabolic Research Laboratories,Sankyo Co., Ltd., 1-2-58,Hiromachi,Shinagawa-ku,Tokyo 140-0005,Japan,**The 4th Research Group,National Institute of Radiological Sciences,4-9-1,Anagawa,Inage-ku,Chiba-shi 263-8555,Japan.



ラジオルミノグラフィ(radioluminography=RLG)は,すでに広く知られているように,放射線を光ルミネッセンス現象を利用して検出・定量する技術・方法である。もともとX線検出用として考案されたが,最近では,アイソトープをトレーサとして用いる実験手法の中で,ゲル電気泳動や薄層クロマトグラフィ,あるいは動物凍結全身オートラジオグラフィなど,とくに平面上に分布するラジオアイソトープを検出・定量および画像化するための良い方法がバイオサイエンス・ライフサイエンス分野で渇望されていたことから,この方面への利用が爆発的に広がった。なお,平面上に分布するラジオアイソトープの検出・定量・画像化のための装置としては,別の原理を使ったガスフロータイプの二次元位置感応型比例計数装置(マルチワイアー型とも呼ばれることがある)があり,やはりバイオサイエンス等の分野で使われているが,本シリーズでは扱わない(第1シリーズ第1回において簡単な紹介をした)。

このRLGを利用した装置は,ラジオアイソトープから放出される放射線を一定時間,ある種の蛍光体を平面状に塗布した材料に当てたのち,この蛍光体を微細レーザー光ビームでスキャンすることにより発光させ,これを光電子増倍管を経て電気信号に代えたのちディジタル化して,それをコンピュータに書き込むというプロセスを順序よくルーティンに行えるようにしたシステムである。コンピュータに記憶されたデー夕を放射能の濃度に比例した濃淡の映像に変換して表示・印刷したり,ある一定部分をコンピュータCRT上で指定することによってその部分の光の量を定量し,ディジタル表示すること,そしてこれが放射能と比例する値を与えることから,放射線測定技術としてこのまま使えるというユニークなシステムである。今までX線フィルムで行っていた放射線検出の多くの部分がこの技術によってとって代わられたばかりでなく,放射能測定値の直線性に優れ,ダイナミックレンジが広く,感度もよいので,放射能測定のかなりの部分をも受け持つようになったと考えられる。このRLGについては「バイオサイエンスのためのアイソトープ測定機器」の第1シリーズ1) と第2シリーズ2) とでも紹介したが,その後さらにいろいろな面で進歩が見られる。メーカー側の工夫による機器ハードウェア・ソフトウェアの進歩,またユーザーの側でのさまざまな新しい工夫や新規分野への応用も現れている。一方,その中で,要求が高くなるにつれて,さまざまな問題点や課題も現れている。それについての解決策もいち早く示されている場合もある。ここ数年の動きはめまぐるしく,しかしそこで見られる成果はまことにめざましい。このような時期にあたって,今回,日本アイソトープ協会のライフサイエンス部会・アイソトープトレーサ研究用機器専門委員会*では「バイオサイエンスのためのアイソトープ測定機器」シリーズの第3弾として,この技術のみを重点的に詳しく紹介し,最近の進歩を含めて解説を連載していくこととした。

委員会の中での討議のみでなく,なるべく広く全国の関係研究者の声も集めたいと考え,本邦でRLG利用の装置を製造・販売しているメーカーとして,富士写真フイルム㈱,そして一部バイオラド社㈱のご協力を得て,アンケート調査を行った。まず,ここでは,アンケート結果について簡単に紹介する。

アンケート調査の目的・ねらいを整理すると,次のようになる。

(1)ユーザーが,RLGについてどのような長所を(意識しあるいは無意識に)利用しているか。また,どのような独特の利用の仕方をしているか。この中には,RLGの新しい分野を形成するような種や芽も含まれているのではないか。

(2)ユーザーが感じているRLGの問題点・課題にはどのようなものがあるか。メーカーや少数の人たちは知っていても,多くの人たちが知らないことも,あるいは気がつかないこともあるかも知れない。また,解決が難しいと思われているような問題点にはどのようなものがあるかも調査したい。ただし,まったく別のユーザーは独自にそのような問題点を解決する方法を知っているかも知れない。

一言で言えば,RLGの長所と短所を洗いざらい調べあげて,広く知らせ合い,解決を要するものにはたがいに知恵を出し合おうとする,そのきっかけにできればよい,と考えた。これらの事柄を,広く知らせることは,意義が大きい。

したがって,当然のことながら:
(3)調査した結果は整理して,発表すること,また,現れてきた特徴,それらの具体的な応用・解決法をわかりやすく,広く知らせること,こういったことも視野に入れて調査をすることとしたのである。

調査対象としては,国内に出回っている富士写真フイルム社およびバイオラド社製の装置のユーザーとし,またすべてのユーザー宛にアンケートを行うのは数が多すぎる(富士写真フイルム製品だけで海外での使用を含めると1500台を超える)ので,その約半数を占める国内のユーザーから適宜ピックアップし,271ユーザー宛に調査票を送った。このうち101のユーザーから回答がよせられた。その所属は,図1に示すように民間製薬会社,大学(とくに医・薬学部や学内共同研究施設),国公立研究機関など多岐にわたっていた。ここでは,アンケート結果から,多くの研究者に参考になり,興味あると思われるものを拾い出して紹介する。


*アイソトープトレーサ研究用機器専門委員会
委員長: 栗原紀夫
委員: 井尻憲一,唐木英明,熊谷 宏,白岩善博,高橋千太郎,田中喜之,中島栄一,堀江正信

1. ユーザーが実施している利用の形態

どのような使われ方をしているか,どのような研究を行っているかを知るため,表1に示したような分類をあげて調査した。その結果,図2に示すように,ゲル電気泳動などを用いる分子生物学関係,薄層クロマトグラフィ(TLC)ラジオスポットの測定,定量的全身オートラジオグラフィなどに多く利用されるとともに,装置やイメージングプレート(IP),標準的使用法に関する技術的な研究も多く行われていた。このうち,使用法や技術に関する研究の具体的な内容について調査したところ,バックグラウンド(BG)レベル,感度,再現性・直線性の液体シンチレーション計測(LSC)との比較,読取り装置,IPの均一性・品質管理などが主な研究内容であった。また,動物切片を用いる凍結全身.オートラジオグラフィヘの応用技術の検討の具体的な内容は,定量的全身オートラジオグラフィ(QWBA)の手法,発光強度の組織中濃度への変換,血液など溶液中放射能の定量法への応用,WBAの実施例など,多彩であった。定量に関して放射能とルミネセンス強度との相関が動物器官によって変動することの対策として,いわゆるpaste mold法などの提案もあった。

このほかにも,若干高度の応用を目指した,あるいは新しい対象に向けた研究例としては,トリチウム標識体やポジトロン標識体を利用する受容体分布の定量観察の成果も見られる。また,セミミクロオートラジオグラフィ(セミミクロARG)への応用,ビデオカメラとの接続,ダブルトレーサRLGへの応用,α線とγ線画像の分離などの他,RI管理業務への利用,天然放射性物質など極微量放射線のイメージング,中性子線イメージング,紫外線イメージングなどがある。これらの中には広く知って欲しいものもあり,本シリーズの中で紹介していく予定である。
 


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表1 アンケートにおける研究・利用分野に関する質問に対する選択肢


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図1 回答者の所属機関


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図2 一般的な利用形態・研究内容

2.ユーザーがあげた問題点あるいは疑問点:(技術的質問なども含む)

2・1 広く測定技術に関係するもの

2・1・1 基本的な操作・機能,および装置・器具等に関するもの

ROI(region of interest : 測定したい領域のこと)の決定が客観的に行えないとか,画像解析ソフトに問題があって隣接不定形スポットの領域設定困難,あるいは画像トリミングの適切な方法などについてなどの関連する疑問点があげられている。このほか,出力サイズ変更,微量放射能定量の際のバックグラウンド減算法,解析ソフトがネットワーク対応しにくい,あるいはMacintoshとの互換性,UNIXの操作性やスピード,pictro 3000へのプリントで時間がかかる,ケミルミネッセンスとの感度比較,トリミング,スーパーインポーズのソフトなどについて注文や質問があり,それらについても関連の章で解説をできる限り行うよう努める予定である。中には,最新型の装置ではすでに解決されている問題点もあろうし,一方,今後メーカーが対応しなければならない問題もあろう。それらについてはメーカー側に対しコ.メントや原稿を依頼することも考えている。

装置の性能や,IPなどの器具・部品の特性等についてもいろいろな疑問点や注文が出ており,ここではすべてを記さないが,たとえば解像度,感度,解析にかかる時間,プリントされた画像と試料を重ね合わせた際のサイズの不一致,機器・装置の老化,IPの耐久性・汚染・均一性・サイズ,シールドボックス,記憶メディア等について注文や質問があった。それらについても,最新のハードウェアについてはメーカーの情報を得なければならないが,当委員会や周辺のユーザーの側ですでに答えの出ているものについては,やはり連載記事の関係する章の中で取り扱っていくことを計画している。

2・1・2 定量関係

RLGを定量に利用しようとするとき,必ずしもルーティンに定量操作ができるわけではなく,ユーザーが個々にさまざまな検討を行いつつ操作して行かなければならない場合が多い。そこで,次のような質問や「困っている点」もアンケートで現れてくる。

定量のときの適切な露光時間は? TLCかき取りスポットのLSC定量との比較をした際「パラレルでない」ように思えるが? (これはすでに解決しているはずのものなので,現実にどのような背景でこのような問題点が出てくるのか,検討してみなければならない)。

ARGにおいては : 切片の厚みの均一性の保証は? 検量線の作り方でどのような注意が必要か? また,「退行速度(フェーディング)が早い」との回答もあった(どの程度のフェーディングスピードと考え,定量に関係して,フェーディングをどこまで計算に入れるか,との判断との関係で考えなければならないだろう。露光時間が長いサンプルの場合では,露光中に既にフェーディングは進行している。また,低温に保つなら,フェーディングをかなり抑えられるということもわかっている)。ARGでのシグナルの定量化はどうするか? 相対値の計算方法は? 生の植物標本における「接触強さの変動」による定量データ取得の困難など......である。

2・1・3 応用分野における問題点と工夫

とくに広く使われている用途 (図2参照)での問題点・疑問点を拾い出してみると,QWBAにおける平面線源の作成法,HPLCサンプルの定量法,TLCやゲル電気泳動のゲルとIPとの接触などに関連したものがある。 QWBAのための平面線源を得る方法で,市販されているものを使う方法はあるが,その価格が高いのですぐに購入できないとき,何か別の工夫・方法がないか,とのコメントが回答の中に見られた。市販の平面線源等標準試料の代りに使える線源の作成法や,組織の比重・含水率から補正していく方法の解説が必要であろうし,またHPLCなどのフラクションをウエルの各孔に採取したものや,その他種々の実験における定量のため,IPプレートを用いて一挙にphotostimulated luminescence (PSL) スポット群として定量しようとする際の実験手法およびその中で96ウエルのプレート乾燥法,あるいはまた,IPとTLCプレート接触時の損傷 (水分,酸性溶媒等) を避けるための注意などについて,解説していく必要があろうと考えている。

2・1・4 核種ごとの問題

A.トリチウム測定関係 :「スペーサあるいはその代用品は何かよいものがあるか?」「トリチウム検出時のIP汚染除去は可能か?」と言った質問・疑問が寄せられている。前者の質問は,トリチウム試料測定のため,汚染の恐れのあるIPと試料の接触(密着露光)を避ける工夫についての疑問であろうと思われるが,フローティング法などについて連載記事の中で,解説していく予定である。また,後者の場合,汚染すれば「廃棄が最善」だと思われるが,安価というわけではないので,何とかしたい,とのユーザーの気持ちが見える。

B.14C測定関係 : 生体成分や溶出成分による自己吸収,定量値の誤差についての質問があった。一応解決済みの問題かも知れないが,感度・精密さとの関連で検討すべき余地があるかも知れない問題である。

C.32P測定関係 : ウエルプレート使用の場合だと思われるが,「クロストーク補正」をどうするか,との問いかけがあった。このような問題点についても,連載記事の中で解説される予定である。

2・2 論文,医薬の登録データとしての価値等

医薬の承認申請(日米欧)に用いるデータとしての信頼性などについての質問があった。定量性の<バリデーション>(薬物動態学会の調査研究1993年,20社),装置の信頼性(他の同機種装置との変動)(RLG研究会調査1997年,30社)について綿密な調査が行われており,すでにほぼ解決済みの事柄であるが,一層の広報が必要であろうと思われ,本シリーズでもバリデーションについての解説は,連載記事の中で十分スペースを取ることとし,1-2回にわたった記事として掲載する予定である。

2・3管理規則上の問題

「管理区域内への出入りをしばしば行うことに伴う不便をどうするか?」についてはネットワーク端末利用をすればよいし,「管理区域外に装置を置きたいが?」との質問についても,トリチウム測定用IPのように直接線源と接触して汚染している可能性のある場合を除いて,IP移動も可能である,など,十分広く知られていない基本的事項もあると見受けられ,これについてもさらに,本連載記事の中で解説する予定である。

3. 調査結果の公表

今回のアンケート調査の結果の概略は1,2で述べたとおりであるが,ユーザーの中から数々の問題点や疑問点がでてきており,当専門委員会は,これに答える意味も含めて,少し詳しく最近の進歩に重点をおいたRLG技術の解説を行う必要があると考えた。そこで,「バイオサイエンスのためのアイソトープ測定機器」の第3シリーズとして,ラジオルミノグラフィ用機器について,本稿末尾のような予定で解説記事を連載していくこととした。ユーザー各位が,各自で抱いていた問題点や疑問点以外でも情報が得られ,それぞれの研究において,RLG技術を最大限に駆使できることを願っている。

4. 現在市販されている代表的な機種:

今後RLG関係機器を購入される方の機種選択に役立つよう,現在国内で市販されている代表的な機種を,富士写真フイルム社,バイオラド社,およびモレキュラーダイナミクス社の各資料に基づき,表2に紹介した。これらの中では,アンケートの回答を寄せられた研究機関の恐らくは大部分の方が使用しておられるBAS-2000,-3000あるいはGS-525などの機種は姿を消している。開発の流れは,より高階調に,より大きな面積を,より安い価格でという時代に向かっており,将来は一桁の解像度をもつ機種の出現が期待されている。また,3波長のレーザーを搭載することによって,1台で放射能と2波長の蛍光測定が可能になり,さらに蛍光の定量精度が大きく進歩することになり,ちょうどBASの出現によってARGの定量性が格段に向上したのと同様の現象が,蛍光測定の分野で再現されようとしている感がある。アンケートでよせられた質問・問題点の一部は,これら最新の機種の出現によって解決されているものもあると思われる。また,装置の性能はメーカーによって必ずしも同じではなく,たとえば画像表示の方式が富士写真フイルム社ではログ方式を,バイオラド社ではリニア方式を採用しているなどの違いがある*。したがって,あらかじめ標準試料を各機種で実測して目的に合った比較データを入手するなど,メーカーに確認されることをお勧めする。
 


*たとえば,映像として視認できるという意味での感度を比較するため,使用線源としてAmersham carbon-14 polymer (直径25.4mm.O.9mm厚,37kBq/g)を用い,たまたま近辺にある機種として,富士写真フイルム#BAS-2000、モレキュラーダイナミクスPhosphor Imager SI,バイオラドMolecular Imager GS-525 (plate C-14,S-35用を使用)を使い,いずれの機種も感度を最高にしたときに容易にシグナルが視認できる感光時間を調べたところ,BAS-2000で15秒,Phosphor Imager SIで3分間,Molecular Imager Gs-525で5分間という結果になったが,これもログ方式とリニア方式の違いによると思われる。感光時間に対する直線性については3社の間に大きな差はなかった。


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表2 本邦で市販されている主なRLG用装置の一覧




富士写真フイルム社 : 106-8620 東京都港区西麻布2-26-30 富士写真フイルム㈱機器事業部サイエンスシステム Tel 03-3406-2201; Fax 03-3406-2158; E-mail: sginfo@tokyo.fujifilm.co.jp

バイオラド社 : 116-0014 東京都荒川区東日暮里5-7-18 コスモハークビル 日本バイオ・ラッド ラボラトリーズ(㈱ライフサイエンス事業部 Te1 03-5811-6270 ; Fax 03-5811-6272

モレキュラーダイナミクス社 : 164-0012 東京都中野区本町2-46-1中野坂上サンブライトツイン21階 モレキュラーダイナミクスジャパン㈱ Tel 03-5350-3211 ; Fax 03-5350-3654

本シリーズの連載予定の概略 (順不同)

1. アンケート結果を中心に (ただ,回答に現れた問題点のうち新ハードウェアで対処できるものもあるので,最新のカタログ抜き書きをTab1eにして性能概観も行う。(当原稿))
2. 一般的技術について (凍結全身オートラジオグラフィ,受容体も)
3. 医薬登録のデータとしてのバリデーション(その1)「装置の信頼性に関する多施設共同研究-RLG研究会サブグループの成果報告から」
4. 同上(その2)「全身オートラジオグラフィおよびTLCスポットの定量に関する多施設共同研究‐薬物動態学会フォーラム'93(薬物動態談話会)の成果報告から」
5. 測定技術 (その1) (3H,14C,32P etc測定の問題点,注意事項,工夫等 ; マイクロプレート96穴用等測定,その自動化,使える機種にも触れる ; HPLC-RDに替わる測定法)
6. 同上 (その2) (α核種Pu等,およびポジトロン核種測定)
7. 同上 (その3) (フェーディング)
8. ソフトの問題点,改良点,課題 (アンケート結果を参考に項目拾い出し) (Q&A方式も含む)
9. 応用分野 (その1) 電子顕微鏡(生体,金属材料)
10. 同上 (その2) マイクロフォーカスX線ラジオグラフィ(骨組織)
11. 放射性同位元素等安全管理への応用
12. 天然放射能測定・分布検出等
13. 中性子イメージング (蛋白質水素位置解析)
14. ソフトの課題 : 解決への模索 (おもにメーカー) (上記"8"と有機的に扱う)
15. ハードの課題 : (アンケート結果との関連を念頭において) (メーカー側の回答,新製品企画も)
{15の補足として : 解像度,価格,自動化 (ROIの決定もこれで容易になった) ; 蛍光検出の問題,ケミルミネセンス ; 海外で販売されている機種で,波シン測定技術の取入れなども解説する。}

文献

1) 栗原紀夫,中島栄一 : Radioisotopes,42,541-548 (1993)
2) 中島栄一,中畑則道 : 同上,44,543-554 (1995)