Abstract As a method for three-dimensional quality assurance in boron neutron capture therapy (BNCT), micelle gel dosimeters are focused on. We are investigating dose-component discrimination method by using multiple gel dosimeters which have each different radiation quality specificity. In this study, the characteristics of each gel dosimeter for neutrons and gamma-rays were evaluated, and a dose-component discrimination method was suggested.

With their low immunogenicity and excellent deliverability, extracellular vesicles (EVs) are promising platforms for drug delivery systems. In this study, hydrophobic molecule loading techniques were developed via an exchange reaction based on supramolecular chemistry without using organic solvents that can induce EV disruption and harmful side effects. To demonstrate the availability of an exchanging reaction to prepare drug-loading EVs, hydrophobic boron cluster carborane (CB) was introduced to EVs (CB@EVs), which is expected as a boron agent for boron neutron capture therapy (BNCT). The exchange reaction enabled the encapsulation of CB to EVs without disrupting their structure and forming aggregates. Single-particle analysis revealed that an exchanging reaction can uniformly introduce cargo molecules to EVs, which is advantageous in formulating pharmaceuticals. The performance of CB@EVs as boron agents for BNCT was demonstrated in vitro and in vivo. Compared to L-BPA, a clinically available boron agent, and CB delivered with liposomes, CB@EV systems exhibited the highest BNCT activity in vitro due to their excellent deliverability of cargo molecules via an endocytosis-independent pathway. The system can deeply penetrate 3D cultured spheroids even in the presence of extracellular matrices. The EV-based system could efficiently accumulate in tumor tissues in tumor xenograft model mice with high selectivity, mainly via the enhanced permeation and retention effect, and the deliverability of cargo molecules to tumor tissues in vivo enhanced the therapeutic benefits of BNCT compared to the L-BPA/fructose complex. All of the features of EVs are also advantageous in establishing anticancer agent delivery platforms.

Our group is currently developing a multilayer neutron spectrometer based on moderator combination selection to evaluate neutron energy spectra in irradiation fields for boron neutron capture therapy (BNCT). In a previous study, we optimally selected (based on simulations) liquid moderator combinations of the spectrometer to achieve high accuracy in the evaluated neutron energy spectra. According to the optimization result, we conducted a spectrometer verification test in the BNCT irradiation field at the Heavy Water Neutron Irradiation Facility of Kyoto University Reactor (KUR-HWNIF). The neutron energy spectrum result was evaluated, and the uncertainty was found to be less than 15%. The experimental results prove that the multilayer neutron spectrometer based on moderator combination selection effectively evaluates the neutron energy spectrum in a BNCT irradiation field.

Abstract BACKGROUND High-grade meningiomas are refractory to repeated surgery and radiotherapy. We have performed boron neutron capture therapy (BNCT) for high-grade meningiomas. We report on BNCT for extensive, deep or multiple lesions in recurrent high-grade meningiomas, using two-directional neutron irradiation in a single machine-time. METHODS BNCT was performed at a reactor power of 5 MW with the Heavy Water Neutron Irradiation Facility in the Institute for Integrated Radiation and Nuclear Science, Kyoto University. The boron compound used was boronophenylalanine (BPA), which was administered intravenously (200 mg/kg/h) for 2-hour before irradiation, followed by continuous BPA administration during irradiation. Those patients were repositioned between the first and second irradiations. Prescribed doses were calculated from the tolerable dose in normal brain and mucosal tissues. RESULTS Two-directional neutron irradiation was planned eight times. The irradiation durations were 40 ± 11.3 min for the first and 34.9 ± 8.7 min for the second. The irradiation interval was 36.7 ± 3.6 min. The second irradiation was interrupted or stopped at 2 cases. The factors for the two-directional irradiation were extensive tumor location, deep midline and multiple lesions. All patients developed treatment-related adverse events within one month, including increased amylase, fever, urine color change and dermatitis. Most adverse events resolved within six months. CONCLUSIONS Two-directional neutron irradiation reduces the dose to normal tissue and allows irradiation of multiple sites, thus ensuring tumor dose to deep midline lesions and allowing irradiation of large or multiple lesions. Adverse events were similar to those seen with BNCT for malignant gliomas at single neutron irradiation, suggesting the safety of two-directional neutron irradiation and continuous administration of BPA. This report may be a pioneer in the use of two-directional neutron irradiation.

Boron (B) neutron capture therapy (BNCT) is a novel non-invasive targeted cancer therapy based on the nuclear capture reaction 10B (n, alpha) 7Li that enables the death of cancer cells without damaging neighboring normal cells. However, the development of clinically approved boron drugs remains challenging. We have previously reported on self-forming nanoparticles for drug delivery consisting of a biodegradable polymer, namely, “AB-type” Lactosome® nanoparticles (AB-Lac particles)- highly loaded with hydrophobic B compounds, namely o-Carborane (Carb) or 1,2-dihexyl-o-Carborane (diC6-Carb), and the latter (diC6-Carb) especially showed the “molecular glue” effect. Here we present in vivo and ex vivo studies with human pancreatic cancer (AsPC-1) cells to find therapeutically optimal formulas and the appropriate treatment conditions for these particles. The biodistribution of the particles was assessed by the tumor/normal tissue ratio (T/N) in terms of tumor/muscle (T/M) and tumor/blood (T/B) ratios using near-infrared fluorescence (NIRF) imaging with indocyanine green (ICG). The in vivo and ex vivo accumulation of B delivered by the injected AB-Lac particles in tumor lesions reached a maximum by 12 h post-injection. Irradiation studies conducted both in vitro and in vivo showed that AB-Lac particles-loaded with either 10B-Carb or 10B-diC6-Carb significantly inhibited the growth of AsPC-1 cancer cells or strongly inhibited their growth, with the latter method being significantly more effective. Surprisingly, a similar in vitro and in vivo irradiation study showed that ICG-labeled AB-Lac particles alone, i.e., without any 10B compounds, also revealed a significant inhibition. Therefore, we expect that our ICG-labeled AB-Lac particles-loaded with 10B compound(s) may be a novel and promising candidate for providing not only NIRF imaging for a practical diagnosis but also the dual therapeutic effects of induced cancer cell death, i.e., “theranostics”.

Abstract Clinical research in boron neutron capture therapy (BNCT) has been conducted worldwide. Currently, the Monte Carlo (MC) method is the only dose calculation algorithm implemented in the treatment planning system for the clinical treatment of BNCT. We previously developed the MC-RD calculation method, which combines the MC method and the removal-diffusion (RD) equation, for fast dose calculation in BNCT. This study aimed to verify the partial-MC-RD calculation method, which utilizes the MC-RD calculation method for a portion of the entire neutron energy range, in terms of calculation accuracy and time as the dose calculation method. We applied the partial-MC-RD calculation method to calculate the total dose for head phantom, comprising soft tissue, brain tissue, and bone. The calculation time and accuracy were evaluated based on the full-MC method. Our accuracy verifications indicated that the partial-MC-RD calculation was mostly comparable with full-MC calculation in the accuracy. However, the assumptions and approximation used in the RD calculation mainly occurred the discrepancy from the full-MC calculation result. Additionally, the partial-MC-RD calculation reduced the time required to approximately 45% for the irradiation to the top and cheek region of head phantom, compared to the full-MC calculation. In conclusion, the MC-RD calculation method can be the basis of a fast dose calculation method in BNCT.