JP2002509460A - 生きた筋肉細胞を用いたセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 媒体における成分または状態をモニタするためのシステムおよび方法である。生きた筋肉細胞（１０、３０）は媒体に埋込まれる。筋肉細胞は成分または状態に感応し、それを被ると物理的運動でもって応答する。光学測定装置（１２、３１、５０）は筋肉細胞の物理的運動を測定し、これを媒体における成分または状態のレベルまたはレベルの変化に相関させる。媒体はヒトの組織であってもよく、筋肉細胞は皮下に移植される。反射器（１６）は光ビームを反射させるために細胞に取付けてもよい。反射角度は細胞の運動に応じて変化する。代替的に、光検出器（３４、７４）は透過光の量を検出してもよい。電極（９３）を使って筋肉細胞の運動を刺激することができ、この電極は部分的に透明なカプセル（４０、７０）内に包まれてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】 生きた筋肉細胞を用いたセンサ 発明の背景 １．発明の分野 本発明は一般に媒体の成分または状態をモニタするためのセンサに関し、より 特定的には媒体の成分または状態に応答して物理的動きをする生きた筋肉細胞を 用いるセンサに関する。光学測定装置が筋肉細胞の動きを測定し、この動きを成 分または状態のレベルの変化に相関させる。 ２．関連技術の説明 種々の用途では化学濃度レベルを測定や制御するためにセンサを用いる。一例 として、特定の化学薬品の濃度レベル、たとえば地方自治の水道における鉛やフ ッ化物などの濃度レベルは、化学レベルを所定の範囲内に維持するよう典型的に モニタされる。水道は毒性化学薬品が含まれているかどうかのためにもモニタさ れる。 危険な材料が存在する環境、たとえば工場では、外気や現場での他の流体にお ける危険な材料の濃度もモニタおよび制御される。同様に、製造処理において、 処理の際に用いられる材料の化学レベルがモニタおよび制御される。多くの用途 において、センサは温度、圧力やｐＨのような物理的パラメータや状態の存在を 検出するためにも用いられている。 センサが成分レベルや物理的状態を測定および制御するためにセンサが用いら れている他の用途としては、健康状態のモニタおよび制御がある。血液や体の組 織の正常な成分レベルからの偏差は、多くの病気や生理的状態に関連する。たと えば、血液や組織のカリウムイオンおよび尿素レベルの上昇は腎臓の病気に関連 し、血液のグルコースレベルの上昇は糖尿病に関連し、低い甲状腺レベルはさま ざまな甲状腺の機能不全に関連する。 引用により援用している、私の先行の米国特許第５，１０１，８１４号および 第５，３６８，０２８号は、血液のグルコースや他の化学レベルをモニタするた めに、皮下に移植された生きた細胞をセンサとして用いる方法および装置に関す る。生きた細胞は体組織における成分または状態を検出し、細胞を囲む組織の成 分または状態レベルに応答して化学的、電気的、または光学的信号を生成する。 この信号は検出および解釈されて、成分または状態レベルを示す読取値を与える 。このセンサ読取値は、薬の投与を決定するために、または埋込まれたポンプを 制御するために、また他の所望の治療を行なうために用いることができる。 生きた細胞は、特定の成分または状態に感応し、化学的、電気的、または光学 的信号を生成することによって成分または状態に反応する種類の細胞ならどれで もよい。たとえば、膵臓のアルファおよびベータ細胞は、細胞を囲む媒体におけ るグルコースレベルに応答する予測可能な電気信号を発生する。 移植するべき生きた細胞は、たとえば抗体のような大きな分子に対しては不透 過性であり、かつ栄養素のようなより小さい分子に対しては透過性であるカプセ ル内に含まれ得る。細胞が検出するべき成分に応答した電気信号を発生する種類 の細胞、たとえば血液のグルコースレベルを検出するためのランゲルハンス島で あるのなら、カプセル内の金属電極が細胞からの電気信号を測定する。このよう な生きた細胞による電気信号の発生およびこのような信号の検出は、前述の私の 米国特許およびさらに私の先行の米国特許第５，１９０，０４１号および第５， ５２９，０６６号に記載されており、その内容はここに引用により援用する。 米国特許第５，１０１，８１４号および第５，３６８，０２８号はセンサとし て生きた細胞の使用を開示しているが、これらの細胞はその細胞が感応する成分 または状態に応答して電気的、化学的、または光学的信号を発生する種類のもの である。他の種類の細胞、たとえば筋肉細胞は、その細胞が感応する成分または 状態にさらされると物理的運動を行なう。したがって、成分および状態レベルを 検出するために後者の種類の生きた細胞を用いるセンサが必要であり、かつ生き た細胞の動きを検出し、その動きを細胞に対する所定の応答特性に基づいた成分 または状態レベルに相関させるための光学測定システムが必要である。 発明の概要 本発明は媒体における成分または状態をモニタするためのシステムである。こ のシステムは媒体に埋込まれた生きた筋肉細胞を用いる。筋肉細胞は成分または 状態に感応し、成分または状態にさらされろと物理的運動によって応答する。 光学測定装置は筋肉細胞の物理的運動を測定し、その物理的運動を媒体におけ る成分または状態のレベルまたはレベルの変化に相関させる。ある実施例におい て、媒体はヒトの体組織であり、筋肉細胞は外科的に、または皮下注射によって 皮下に移植される。代替的に、媒体は細胞が感応する成分または状態を検出した い流体であってもよい。 出力装置が光学測定装置に接続されている。出力装置は、たとえばｉ）媒体の 成分または状態のレベルが所定の範囲外にある場合に警報信号を発生する警報、 ii）ある期間にわたって成分または状態のレベルをストアするためのメモリ、ま たはiii）成分や状態のレベルを表示するための表示装置であり得る。 一実施例において、光学測定装置は光ビームを筋肉細胞に送るための光源と、 光ビームを反射させるために筋肉細胞に取付けられている反射器とを含み、その 反射角度は筋肉細胞の物理的運動に応じて変化し、さらに反射角度の変化を検出 するための検出器を含む。プロセッサは、反射角度の変化を媒体における成分ま たは状態のレベルの変化に相関させる。 代替の実施例では、光測定装置は光ビームを筋肉細胞に送るための光源と、筋 肉細胞の中およびそのまわりを通る光の量を検出するための光検出器とを含む。 筋肉細胞は光源と光検出器との間に配置してもよい。代替的に、筋肉細胞は光源 と反射器との間に配置され、光検出器は反射器によって反射された光を受取るよ う位置付けられる。プロセッサは筋肉細胞の中およびまわりを通る光の断片の変 化を媒体における成分または状態のレベルに相関させる。 別の実施例では、光学測定装置は光ビームを筋肉細胞に送るための光源と、筋 肉細胞を通る光の量を検出するための光検出器とを含む。筋肉細胞は光源と光検 出器との間に配置され得る。代替的に、筋肉細胞は光源と反射器との間に配置さ れ、光検出器は反射器によって反射された光を受取るようかつ筋肉細胞を通る光 の量を検出するように位置付けられている。プロセッサは筋肉細胞を通る光の量 の変化を媒体の成分または状態のレベルに相関させる。 筋肉細胞の物理的運動を刺激するために、電極を筋肉細胞に取付けてもよい。 筋肉細胞が皮下に移植されているのなら、好ましくは光学測定装置は少なくとも 部分的に体の外に配置されている。光学測定装置はさらに皮下に移植された送信 器および体の外にある受信器を含んでもよい。その場合、送信器は筋肉細胞の物 理的運動に関する情報を受信器に伝送する。 筋肉細胞および検出器または反射器はカプセル内に入れられてもよい。カプセ ルはｉ）大きい分子に対しては不透過性でありかつ栄養素に対しては透過性であ る膜と、ii）光を透過する部分とを含む。 媒体の成分または状態をモニタする方法は、 ａ） 生きた細胞を媒体に埋込むステップと、 ｂ） 筋肉細胞の物理的運動を光学的に測定するステップと、 ｃ） 筋肉細胞の物理的運動を媒体の成分または状態のレベルまたはレベルの 変化に相関させるステップとを含む。 最後に、媒体の成分または状態をモニタするためのシステムは、 （ａ） 媒体に埋込まれた、前述の種類の生きた筋肉細胞と、 （ｂ） 生きた筋肉細胞を囲むカプセルとを含み、このカプセルは透明な部分 を含み、さらに （ｃ） 透明部分を通して筋肉細胞の物理的運動を光学的に測定し、物理的運 動を媒体の成分または状態のレベルまたはレベル変化に相関させるための手段を 含む。 図面の簡単な説明 図１Ａ−図１Ｂは本発明のシステムの概略図である。 図２Ａ−図２Ｂは本発明のシステムの代替の実施例を示す概略図である。 図３Ａ−図３Ｂは本発明のシステムのさらに別の実施例を示す概略図である。 図４は細胞がカプセルに包まれている、本発明のさらに他の実施例の概略図で ある。 図５は細胞がカプセルに包まれている、本発明のさらに別の実施例の概略図で ある。発明の詳細な説明 本発明はセンサであって、検知を行なうエレメントは、成分にさらされると、 または筋肉細胞が感応する状態を受けると、所定の態様で収縮する、または所定 の物理的運動で応答する種類の生きた筋肉細胞の塊である。筋肉細胞はある環境 に置かれ、そこで筋肉細胞が感応する化学レベルまたは状態を検出するために用 いられる。 図１Ａに示すように、筋肉細胞の運動応答を光学的に測定するために、前述の 種類の生きた筋肉細胞１０の近傍に光学検出器１２が配置される。好ましい実施 例において、筋肉細胞１０は皮下移植され、ヒトの体の成分または状態を検出す るために用いられる。皮下的用途では、細胞の塊１０が皮下注射によって注入で きるよう、好ましくは直径１ｍｍ未満である。他の用途では、細胞が感応する成 分または状態を検出したい環境に細胞を置くことができる。 光学検出器１２は所望のハウジング内において、皮膚の上に好ましく配置され 、細胞運動の光学的測定値は経皮的に取られる。光学検出器１２は好ましくは電 池による電源であるが、他の所望の電力源を用いることができ、光源１４、反射 器１６、および検出器１８を含む。光源１４は電球、ＬＥＤ、レーザ、また他の 適する光源であり、適切な波長の光ビームを生成する。好ましい実施例において 、光ビームは赤外または可視波長にあり、許容できる損失で経皮的に送ることが できる。反射器１６は鏡、金属表面、または光を反射する他の材料である。反射 器１６は粘着材、または他の適切な装着技術によって筋肉細胞１０に装着される 。望むのなら、反射器１６は光を反射する材料で被覆される非反射材料で構成さ れてもよい。 検出器１８は反射器１６から反射された光を受取り、反射された光の角度をモ ニタして筋肉細胞１０の相対的収縮または運動における変化を検出する。検出器 １８は好ましくは光検出器や電荷結合素子（ＣＣＤ）のような光検出エレメント の線形アレイである。各光検出エレメントはそのエレメントに与えられる光の量 を示す出力信号、またはエレメントに与えられた光の量がいつしきい値を超えた かを示す信号を生成する。 動作において、光源１４は光ビーム２０を経皮的に反射器１６に照射する。反 射器１６は光を経皮的に検出器１８に反射させる。図ＩＡおよび図１Ｂに示され ているように、検出器１８に到達する光ビーム２０の反射角度は、筋肉細胞１０ の収縮に応答して変化する。図１Ａは非収縮状態の筋肉細胞１０を示し、検出器 エレメント「Ａ」が照射されている。図ＩＢは収縮した状態の筋肉細胞１０を示 し、検出器エレメント「Ｂ」が照射されている。 プロセッサ（図示されていない）は検出器１８の出力に接続されている。プロ セッサは照射されている検出器１８のエレメントをモニタし、照射されているエ レメントの変化に基づいて光ビーム２０の反射角度の変化または変化率を決定す る。プロセッサは細胞の運動をその細胞が感応する成分または状態の変化に相関 させるルックアップテーブルを含むよう、生きた細胞の応答特性は予め定められ ている。プロセッサが反射器の角度的運動を決定すると、筋肉細胞の所定の特性 に基づき、（このような変化の特性（たとえば、変化の大きさまたは頻度）を） 筋肉細胞が配置されている媒体の成分または状態の変化に相関させる。 望むのなら、プロセッサは成分または状態レベルを示す出力、警報信号を発生 することができる、または成分もしくは状態レベルを所望の範囲内などに調整す るための調整処置を行なうことができる。 ここで用いられる「生きた筋肉細胞」は専門的に筋肉細胞であるか否にかかわ らず、ある成分にさらされるとまたは生きた物質が感応するある状態にさらされ ると所定の物理的運動でもって応答する、たとえば成長円錐のような、生きた物 質の種類であり得る。このような細胞またはその部分は一般に収縮し、その収縮 特性は成分または状態にさらされると変化する。一般に、筋肉細胞が塊である場 合、ここで言及する物理的運動は塊における個々の細胞の収縮または運動よりむ しろ、塊の収縮または運動を意味する。物理的運動は筋肉細胞の収縮速度の変動 、収縮の大きさの変動、またはその両方であり得る。さらに、他の収縮パラメー タ、たとえば収縮期間、頻度なども、筋肉細胞の収縮の強度または速度をモニタ するのに加えて、またはその代わりにモニタしてもよい。一例として、生きた細 胞１０は心臓の筋肉細胞であり得る。この種類の細胞では、筋肉細胞の収縮速度 はアドレナリンのようなホルモン、アセチルコリンや種々のベータ遮断薬のよう な薬剤、さらに機械的ストレス、温度や他の刺激のような物理的状態に応答して 変化 する。 代替的に、筋肉細胞は子宮や雌の生殖器官の他の筋肉からのものであってもよ く、その収縮速度を変えることにより、エストロゲン、プロゲステロン、黄体形 成ホルモン（ＬＨ）のようなホルモンに応答する。 本発明のシステムにおいて種々の種類の筋肉細胞が用いられ得ることは理解さ れるだろう。ただし、筋肉細胞は検出されるべき組成または状態に感応し、検出 装置の機械的局面は細胞が成分または状態に対して示す応答の種類に従って変形 される。さらに、本発明のシステムはさまざまな医療的用途以外にも用いられる ことは理解される。たとえば、多様な成分や状態に対して、水、空気や他の流体 をモニタするために用いることができる。 図２Ａ−図２Ｂは本発明の代替の実施例を示す。上記で述べた種類の生きた筋 肉細胞３０は注入または外科的移植により皮下に移植される、または他の媒体に 置かれて、体の組織または媒体において細胞３０が感応する組成または状態をモ ニタする。好ましくは皮膚の上にある光学測定装置３１は、光ビーム３６を経皮 的に筋肉細胞に向ける上記で述べた種類の光源３２を含む。筋肉細胞は好ましく は光に対していくぶん透過性を有することが好ましいが、筋肉細胞３０が非収縮 状態（図２Ａ）にある場合、光ビーム３６からの光は、その光が光検出器アレイ ３４に到達しないという理由により、またはアレイがしきい値検出器を含んでそ のアレイに到達する光はしきい値を超えないという理由により、光ビーム３６の 光が光検出アレイによって検出可能でないよう、細胞の塊の大きさが選択される 。筋肉細胞３０が化学濃度の変化またはある状態の存在によって収縮した場合、 光検出器３４に到達する光が増える。この増加または増加速度は光検出器３４に 到達する光ビーム３６の部分として、光検出器に接続されているプロセッサ（図 示されていない）によって成分または状態レベルの変化に相関されることができ る。プロセッサは筋肉細胞を透過しかつ光検出器に到達する光の量の変化に基づ き、化学濃度のレベルまたはある状態の存在を決定するよう構成され得ることは 理解できる。したがって、望むのなら、筋肉細胞が収縮していない状態で光検出 を光検出器で行なうことができる。 図３Ａ−図３Ｂは本発明のさらに他の実施例を示す。図３Ａにおいて、筋肉細 胞３０は非収縮状態で示されている。成分または状態レベルの変化により筋肉細 胞３０が収縮すると、図３Ｂに示すように、筋肉細胞によって吸収される光の量 は筋肉細胞の機械的応答により変化する。筋肉細胞３０の収縮が強ければ強いほ ど、筋肉細胞３０を通る光の経路は長くなり、それにより光ビーム３６の減衰が 多くなり、光検出器３４に到達する光は弱くなる。相関処理において細胞の塊を 透過する光の大きさのみが用いられるのなら、光検出器３４は検出器のアレイで ある必要はなく、受取った光の量を電気信号に変換する単一の光検出器を代わり に用いることができる。 図４は本発明の一実施例を示し、カプセル４０は筋肉細胞４２および反射器４ ４を含む。カプセル４０は患者の皮膚表面４５下に好ましくは移植される。反射 器４４を筋肉細胞４２に固定するための装着手段４６を設けてもよい。装着手段 ４６は実質的には筋肉細胞４２を反射器４４に装着するいかなる適切な手段であ ってもよく、機械的装着手段、化学的固定手段、粘着剤などを含む。さらに、筋 肉細胞４２は図４で示されるように１点で反射器に固定できるし、または複数の 点（図示されていない）で固定できる。 カプセル４０は生きた細胞のまわりを完全に延在する外壁４７を含む。以下で より詳細に説明するように、カプセルの外壁の一部分は大きな分子に対しては不 透過性であり、筋肉細胞の生存に必要な栄養素に対しては透過性である膜４８を 含む。カプセルの一部分４９は光を透過させる。 外部光学測定装置５０は筋肉細胞の変化を測定するために皮膚の上に位置付け られている。測定装置５０は光ビーム５３を反射器４４に向けるための光源５２ と、筋肉細胞の近傍の成分または状態レベルの変化に応答した筋肉細胞の動きに より反射器４４によって反射される光の量または強度の変化を測定するための検 出器５４とを含む。検出器５４に接続されるプロセッサ５６は検出器で受取られ た光の量から筋肉細胞の動きを決定し、これを成分または状態レベルの変化に相 関させる。この情報は、表示装置、警報、また他の適切な出力装置であり得る出 力手段５８に送られる、または情報は後で再生するために単に記録されてもよい 。たとえばポンプのような調整的処置６０を行なうための任意の手段は出力手段 ５８に接続されている。 測定装置５０はカプセル４０が移植された場所近くで好ましくは手で持つかま たは皮膚に装着される。たとえば、測定装置５０は粘着バンソコウによって、腕 時計のように体に結び付ける、または粘着材などのような他の固定手段によって 取付けることができる。測定装置とカプセルの整列を維持するために、経皮的装 着物、たとえば非常に細い線を測定装置とカプセルとの間に取付けることができ る。医療外の応用では、この整列は適切な物理的物体によって維持できる。 動作において、光源５２からの光ビーム５３は筋肉細胞４２を透過し、さらに 検出器５４に戻る。細胞が感応する化学的濃度または状態の変化は筋肉細胞４２ の収縮に影響し、それにより反射器４４から反射されて検出器５４に戻る光ビー ム５３の強度として検出可能な変化を引起す。検出器５４は光ビーム５３の強度 の変化、または変化速度を検出し、プロセッサ５６はこの変化を筋肉細胞に対す る所定の応答特性で相関させる。 図５は本発明のさらに別の実施例を示す。皮下に移植されたカプセル７０は、 筋肉細胞７２および光検出器７４を囲む。装着手段７６は筋肉細胞７２を光検出 器７４に固定する。カプセルの外壁７８の一部分は膜７９を含み、この膜は大き な分子に対しては不透過性であり、筋肉細胞７２の生存に必要な栄養素に対して は透過性である。カプセル７０は光を通す部分８０を有する。 送信器８１は光検出器７４の出力を受取って増幅し、出力を皮膚表面に送る。 皮膚表面上にある測定装置８２は、光ビーム９２を発生する光源８３と受信器８ ４とを含む。送信器８１が生成する信号が受信器８４によって受取られるよう、 送信器８１および受信器８４は好ましくは適合する。送信器８１は好ましくは従 来のＲＦまたはマイクロ波送信器である。電力は、カプセル内に内蔵されている 電池または予め充電されたキャパシタ（図示されていない）によって送信器に直 接、または誘導結合もしくは静電結合によって皮膚上からの間接手段によって、 または光源８３からの光を用いて送信器に電源投入するフォトセルを埋込むこと によって、与えられる。送信器８１は皮膚表面下から信号を皮膚表面上に伝送す ることができる種類の送信装置であり得る。プロセッサ８６は筋肉細胞の機械的 動きを細胞が感応する化学濃度または状態の存在の変化に相関させる。プロセッ サは相関された値を出力または記憶装置８８に送る。警報信号を生成するために 、 または調整的処置９０を行なうために、任意の手段が出力手段８８に接続されて いる。 動作において、カプセル７０は患者の皮膚表面９１下に移植されている。送信 器の大きさに応じて、その移植が外科的なものである必要があるかもしれない。 測定装置８２はカプセルの上で保持される、またはカプセルの場所近くの患者の 体に装着される。光源８３からの光ビーム９２は筋肉細胞７２を通して光検出器 ７４に向けられる。送信器８１は光検出器７４が受取った信号を増幅および伝送 し、これは受信器８４によって皮膚表面９１を通して遠隔測定によって検出され る。 多くの種類の筋肉細胞は、自発的なある成分または状態を被ると、運動におけ る変化、たとえば収縮の大きさ、速度、持続期間、頻度などの変化でもって、こ こに記載されている物理的運動、たとえば収縮を自発的に示す。特定の他の種類 の筋肉細胞は細胞が感応する成分または状態に自発的に応答しないで、このよう な応答を示すために外部的刺激を必要とするかもしれない。したがって、筋肉細 胞７２を周期的に電気的に刺激するために、筋肉細胞と接触した任意の電極９３ が設けられている。電極は電池や他の電源によって電力が与えられて、筋肉細胞 が組成または状態レベルの変化に応答するよう用いられる。実際には、細胞は光 が細胞に向けられている間および運動の測定値が得られている間刺激される。こ のような態様で、運動の測定値が取られている間に、細胞は所望の応答、すなわ ち成分または状態レベルに相対する速度または大きさの収縮を示す。 代替の実施例（図示されていない）において、本システムは、米国特許第５， ３６８，０２８号に示されているように、細胞の電気的、化学的、または光学的 特性を検出するためのシステムと組合せられて用いられる。細胞塊によって生成 される２種類の信号を用いることにより、システムの精度が向上する。 細胞がカプセルに含まれる本発明の実施例では、移植は皮膚が薄くかつ比較的 透明である部分、たとえば前腕の遠位部の内側（足底の）方位の場所に好ましく 行なわれる。一般に、カプセルは私の先行の特許に記載されている種類のもので あり、その内容は引用により援用する。カプセルは好ましくは大きさが０．３− １．０ｍｍであるが、カプセルは用途の要件を満たすよう大きさが決められ得る 。 カプセル壁の少なくとも一部は、半透過性の膜を含み、この膜は約３０，０００ −５０，０００の分子量を有する蛋白質や抗体のような大きな分子の運動を妨げ ながら、栄養素や排出物がカプセルに出入りできるようなものである。カプセル の栄養素の内方向の拡散および排出物の外方向の拡散は、筋肉細胞の長期の生存 を支持するよう十分でなければならない。 医療的用途で用いられる場合、カプセルはＰＳＦ（ポリスルホン）およびＰＶ Ｃ／ＰＡＮ（ポリビニル塩化物／ポリアクリロニトリル）ポリマーのような生体 的に適合する材料で好ましく構成されている。 本発明は特定の実施例によって詳細に記載されているが、当業者にとって理解 できる態様で変形できることは理解される。たとえば、光ビームが筋肉細胞に与 えられると、影ができる。検出器は影の動きを検出し、この動きを細胞が感応す る成分または状態の変化に相関させるよう用いることができる。影の運動は適切 なエッジ検出技術を用いることにより検出できる。 一般に、本発明は特定の実施例や例によって詳細に記載されているが、以下の 請求の範囲で記載されている本発明の範囲内において変形や修正が可能である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年１月１５日（１９９９．１．１５） 【補正内容】 請求の範囲 １．生きた細胞を用いて媒体における成分または状態をモニタするためのシステ ムの改良であって、 （ａ） システムに組込む前に、動物の体から切離された生きた筋肉細胞を含 み、細胞の収縮特性は媒体における成分または状態を被ると変化し、細胞の物理 的運動をもたらし、 （ｂ） 前記生きた筋肉細胞を囲むカプセルを含み、前記カプセルは１）透明 部分と、２）大きな分子に対して不透過性であり、栄養素に対しては透過性であ る膜と、３）光を通す部分とを含み、さらに （ｃ） 筋肉細胞と光学的に整列し、細胞の物理的運動を光学的に測定し、物 理的運動を媒体における成分または状態のレベルまたはレベルの変化に相関させ るための手段を含む、改良。 ２．前記媒体はヒトの体であり、筋肉細胞は体の皮下に移植するよう適合される 、請求項１に記載の改良。 ３．筋肉細胞の物理的運動を光学的に測定するための前記手段に接続される出力 装置をさらに含み、前記出力装置はｉ）媒体における成分または状態のレベルが 所定の範囲外にある場合警報信号を生成する警報、ii）ある期間にわたって成分 または状態のレベルをストアするためのメモリ、およびiii）成分または状態の レベルを表示するための表示装置からなるグループから選択される、請求項１に 記載の改良。 ４．筋肉細胞の物理的運動を光学的に測定するための前記手段は、 光ビームを筋肉細胞に送るための光源と、 光ビームを反射させるために、筋肉細胞に取付けられる反射器とを含み、反射 の角度は筋肉細胞の物理的運動に応じて変化し、さらに 反射角度の変化を検出するための検出器を含む、請求項１に記載の改良。 ５．反射角度の変化を媒体における成分または状態のレベルの変化に相関させる ためのプロセッサをさらに含む、請求項４に記載の改良。 ６．筋肉細胞の物理的運動を光学的に測定するための前記手段は、光ビームを筋 肉細胞に送るための光源と、筋肉細胞を通るまたは超えて透過する光の量を検出 するための光検出器とを含む、請求項１に記載の改良。 ７．前記筋肉細胞は前記光源と前記光検出器との間に配置される、請求項６に記 載の改良。 ８．筋肉細胞の物理的運動を光学的に測定するための前記手段は、反射器をさら に含み、筋肉細胞は前記光源と前記反射器との間に配置され、前記光検出器は前 記反射器より反射された光を受取るよう位置付けられる、請求項６に記載の改良 。 ９．筋肉細胞の物理的運動を光学的に測定するための前記手段は、筋肉細胞を超 えて透過される光の断片の変化を媒体における成分または状態のレベルに相関さ せるためのプロセッサをさらに含む、請求項６に記載の改良。 １０．筋肉細胞の物理的運動を光学的に測定するための前記手段は、…光源をさ らに含む、請求項１に記載の改良。 １１．筋肉細胞に装着され、筋肉細胞の物理的運動を刺激するための電極をさら に含む、請求項１に記載の改良。 １２．筋肉細胞の物理的運動を光学的に測定するための前記手段は、少なくとも 部分的にヒトの体の外に配置される、請求項２に記載の改良。 １３．筋肉細胞の物理的運動を光学的に測定するための前記手段は、皮下に移植 される送信器と、体の外にある受信器とを含み、前記送信器は筋肉細胞の物理的 運動に関する情報を前記受信器に伝送する、請求項１２に記載の改良。 １４．生きた細胞を用いて媒体における成分または状態をモニタするためのプロ セスであって、 （ａ） 前記プロセスで用いる前に、動物の体から切離された生きた筋肉細胞 を設け、細胞の収縮特性は媒体における成分または状態を被ると変化し、細胞の 物理的運動をもたらし、生きた細胞を媒体に置くステップを含み、 （ｂ） 生きた筋肉細胞を囲むカプセルを設けるステップを含み、前記カプセ ルは１）透明部分と、２）大きい分子に対しては不透過性であり、栄養素に対し ては透過性である膜と、３）光を透過させる部分とを含み、さらに （ｃ） 筋肉細胞の物理的運動を光学的に測定するステップと、 （ｄ） 筋肉細胞の物理的運動を媒体における成分または状態のレベルまたは レベルの変化に相関させるステップとを含む、プロセス。 １５．前記媒体はヒトの体であり、さらに外科的にまたは皮下的に皮下に筋肉細 胞を移植するステップを含む、請求項１４に記載のプロセス。 １６．前記光学測定ステップは、ｉ）筋肉細胞に反射器を装着するステップと、 ii）前記反射器で光ビームを送るステップとを含み、前記光ビームは前記反射器 によってある角度で反射され、前記角度は筋肉細胞の物理的運動に関連し、iii ）反射角度の変化を検出するステップを含む、請求項１４に記載のプロセス。 １７．前記相関ステップは、筋肉細胞の物理的運動を筋肉細胞の所定の応答特性 と比較するステップを含み、応答特性は成分または状態に応答する筋肉細胞の物 理的運動を成分または状態のレベルまたはレベルの変化に関連付ける、請求項１ ４に記載のプロセス。 １８．前記光学測定ステップは、光ビームを筋肉細胞に送り、筋肉細胞を通るま たは超えて透過される光の量を検出するステップを含む、請求項１４に記載のプ ロセス。 １９．前記相関ステップは、筋肉細胞を通るまたは超えて透過される光の量の変 化を媒体における成分または状態のレベルに相関させるステップを含む、請求項 １４に記載のプロセス。 ２０．前記光学測定ステップの前に、筋肉細胞を刺激するステップをさらに含む 、請求項１４に記載のプロセス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．媒体における成分または状態をモニタするためのシステムであって、前記シ ステムは （ａ） 成分または状態に感応する生きた筋肉細胞を含み、前記筋肉細胞は媒 体における成分または状態を被ると物理的運動で応答し、さらに （ｂ） 筋肉細胞の物理的運動を光学的に測定し、前記物理的運動を媒体にお ける成分または状態のレベルまたはレベル変化に相関させるための手段を含む、 システム。 ２．前記媒体はヒトの血液または体組織であり、前記筋肉細胞は皮下に移植され る、請求項１に記載のシステム。 ３．筋肉細胞の物理的運動を光学的に測定するための前記手段に接続される出力 装置をさらに含み、前記出力装置はｉ）媒体の成分または状態のレベルが所定の 範囲外にある場合警報信号を発生するための警報、ii）ある期間にわたって成分 または状態のレベルをストアするためのメモリ、およびiii）成分または状態の レベルを表示するための表示装置からなるグループから選択されている、請求項 １に記載のシステム。 ４．筋肉細胞の物理的運動を光学的に測定する前記手段は、 光ビームを筋肉細胞に送るための光源と、 光ビームを反射させるために筋肉細胞に取付けられた反射器とを含み、反射角 度は筋肉細胞の物理的運動に応じて変化し、さらに 前記反射角度の変化を検出するための検出器を含む、請求項１に記載のシステ ム。 ５．前記反射角度の変化を媒体における成分または状態のレベルの変化に相関さ せるためのプロセッサをさらに含む、請求項４に記載のシステム。 ６．カプセルをさらに含み、前記筋肉細胞および反射器はカプセル内に包まれて いる、請求項５に記載のシステム。 ７．前記カプセルは、ｉ）大きな分子に対しては不透過性であり、栄養素に対し ては透過性である膜と、ii）光を透過させる部分とを含む、請求項６に記載のシ ステム。 ８．筋肉細胞の物理的運動を光学的に測定するための前記手段は、光ビームを筋 肉細胞の伝送するための光源と、筋肉細胞を通るまたは超えて透過される光の量 を検出するための光検出器とを含む、請求項１に記載のシステム。 ９．前記筋肉細胞は前記光源と前記光検出器との間に配置される、請求項８に記 載のシステム。 １０．筋肉細胞の物理的運動を光学的に測定するための前記手段は、反射器をさ らに含み、筋肉細胞は前記光源と前記反射器との間に配置され、前記光検出器は 前記反射器によって反射された光を受取るよう位置付けられる、請求項８に記載 のシステム。 １１．筋肉細胞の物理的運動を光学的に測定するための前記手段は、筋肉細胞を 超えて透過される光の断片の変化を媒体における成分または状態のレベルに相関 させるためのプロセッサをさらに含む、請求項８に記載のシステム。 １２．さらにカプセルを含み、前記筋肉細胞および光検出器はカプセル内に包ま れている、請求項９に記載のシステム。 １３．さらにカプセルを含み、前記筋肉細胞および反射器はカプセル内に包まれ ている、請求項１０に記載のシステム。 １４．筋肉細胞の物理的運動を光学的に測定するための前記手段は、光ビームを 筋肉細胞に送るための光源と、筋肉細胞を通る光の量を検出するための光検出器 とを含む、請求項１に記載のシステム。 １５．筋肉細胞の物理的運動を刺激するために、筋肉細胞に装着される電極をさ らに含む、請求項１に記載のシステム。 １６．筋肉細胞の物理的運動を光学的に測定するための前記手段は、少なくとも 部分的にヒトの体の外に配置される、請求項２に記載のシステム。 １７．筋肉細胞の物理的運動を光学的に測定するための前記手段は、皮下移植さ れた送信器と体の外にある受信器とを含み、前記送信器は筋肉細胞の物理的運動 に関する情報を前記受信器に伝送する、請求項１６に記載のシステム。 １８．媒体における成分または状態をモニタするための方法であって、 前記方法は （ａ） 成分または状態に感応する生きた筋肉細胞を設け、筋肉細胞は成分ま たは条件を被ったとき物理的運動によって応答し、生きた細胞を前記媒体に置く ステップと、 （ｂ） 筋肉細胞の物理的運動を光学的に測定するステップと、 （ｃ） 筋肉細胞の物理的運動を、媒体における成分または状態のレベルまた はレベルの変化に相関させるステップとを含む、方法。 １９．前記媒体はヒトの体であり、前記筋肉細胞を外科的にまたは皮下的に皮下 に筋肉細胞を移植するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。 ２０．前記光学測定ステップは、ｉ）反射器を筋肉細胞に装着するステップと、 ii）前記反射器で光のビームを送るステップとを含み、前記光ビームは前記反射 器によってある角度で反射され、前記角度は筋肉細胞の物理的運動に関連し、さ らにiii）反射角度の変化を検出するステップを含む、請求項１８に記載の方法 。 ２１．前記相関させるステップは、筋肉細胞の物理的運動を筋肉細胞の所定の応 答特性と比較するステップを含み、応答特性は成分または状態に応答する筋肉細 胞の物理的運動を成分または状態のレベルまたはレベルの変化に関連付ける、請 求項１８に記載の方法。 ２２．前記筋肉細胞および反射器はカプセル内に包まれる、請求項２０に記載の 方法。 ２３．前記光学測定ステップは光ビームを筋肉細胞に送るステップと、筋肉細胞 を通るまたは超えて透過される光の量を検出するステップとを含む、請求項１８ に記載の方法。 ２４．前記相関させるステップは、筋肉細胞を通るまたは超えて透過される光の 量の変化を媒体における成分または状態のレベルに相関させるステップを含む、 請求項１８に記載の方法。 ２５．前記光学測定ステップの前に、筋肉細胞を刺激するステップをさらに含む 、請求項１８に記載の方法。 ２６．媒体における成分または状態をモニタするためのシステムであって、前記 システムは （ａ） 成分または状態に感応する生きた筋肉細胞を含み、前記筋肉細胞は媒 体における成分または状態を被ると物理的運動でもって応答し、 （ｂ） 生きた筋肉細胞を囲むカプセルを含み、前記カプセルは透明部分を含 み、さらに （ｃ） 前記透明部分を通して筋肉細胞の物理的運動を光学的に測定し、前記 物理的運動を媒体における成分または状態のレベルまたはレベルの変化に相関さ せるための手段を含む、システム。