JP2003523271A

JP2003523271A - 特異的且つ選択的な電気的及び電磁気的シグナルの施用による遺伝子の調節

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Publication number: JP2003523271A
Application number: JP2001561395A
Authority: JP
Inventors: ブライトン，カール・テイ; ポラツク，ソロモン・アール
Original assignee: ザ・トラステイーズ・オブ・ザ・ユニバーシテイ・オブ・ペンシルベニア
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2003-08-05
Anticipated expiration: 2021-02-23
Also published as: US7354748B2; US7465566B2; EP1261391A4; JP4455801B2; US20120184800A1; USRE41391E1; AU2001241737A1; WO2001062336A1; EP1261391A1; US20080269838A1; US20050203591A1; US20120016442A1; US20030211084A1; US8065015B2

Abstract

(57)【要約】罹病もしくは損傷組織を処置のための標的とするように特異的且つ選択的な電気的及び電磁気的シグナルの施用により細胞による遺伝子発現を調節するための方法及び装置（１０）。遺伝子発現は、特定の部分、ヒトゲノム（ＤＮＡ）の遺伝子がｍＲＮＡに転写されそして続いてタンパク質に翻訳されるプロセスのアップレギュレーションもしくはダウンレギュレーションである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の分野本発明は、損傷もしくは罹病組織、軟骨もしくは骨の処置のために標的細胞へ
の特異的且つ選択的な電気的及び電磁気的シグナルの施用により標的細胞におけ
る遺伝子発現を調節する方法並びにシグナルを発生させるための装置に関する。

【０００２】発明の背景様々な生物学的組織及び細胞に存在すると考えられる生体電気的相互作用及び
活性は、生理学的プロセスの最も理解が低いものの一つである。しかしながら、
最近、ある種の組織及び細胞の増殖及び修復に関するこれらの相互作用及び活性
に多数の研究がある。特に、電場及び電磁場による刺激並びに骨及び軟骨の増殖
及び修復に対するその影響に多数の研究がある。研究者等は、そのような研究が
様々な医学的問題の新規な処置の開発において有用であるかもしれないと考える
。

【０００３】変形性関節症（ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅｊｏｉｎｔｄｉｓｅａｓｅ）と
しても知られている変形性関節症（ｏｓｔｅｏａｒｔｈｒｉｔｉｓ）は、関節軟
骨の変性並びに肋軟骨下骨の増殖及びリモデリングを特徴とする。一般症状は、
硬直（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）、動きの制約及び痛みである。変形性関節症は、関
節炎の最も一般的な形態であり、そして有病率は、年齢とともに著しく増加する
。自己報告の変形性関節症にかかっている中高年層患者は、冒されていない同等
の人より２倍頻繁に医師に診察を受けに行くことが示されている。そのような患
者はまた、その年齢群の他の人と比較して制限される活動及び床につく経験をす
る日も多い。我々の研究では、症状を示す患者の大部分が、８年の追跡期間中に
著しく身体障害になった。Ｍａｓｓａｒｄｏｅｔａｌ．，ＡｎｎＲｈｅｕ
ｍＤｉｓ４８：８９３−７（１９８９）。

【０００４】非ステロイド性抗炎症薬（ＮＳＡＩＤｓ）は、依然として変形性関節症の主要
な処置様式である。ＮＳＡＩＤｓの効能が、それらの鎮痛性もしくは抗炎症性ま
たは軟骨における変性プロセスの遅延によるのかは未知である。また、ＮＳＡＩ
Ｄｓは、患者に有害であり得るという懸念もある。例えば、ＮＳＡＩＤｓは、胃
、胃腸管、肝臓及び腎臓における周知の有毒作用を有する。しかしながら、アス
ピリンは、動物におけるプロテオグリカン合成及び通常の軟骨修復プロセスを阻
害する。ヒトにおけるある研究により、インドメタシンが股関節部軟骨の破壊を
加速するかもしれないことが示唆された。全ての不都合な作用は、変形性関節症
にまさに最もかかりやすい集団である中高年層においていっそう一般的であるよ
うである。

【０００５】骨粗しょう症として一般的に知られている疾患において、骨は鉱物質を失い、
そして異常に希薄になる。骨は、細胞の有機成分及びマトリックス並びに無機も
しくは鉱物成分を含んでなる。細胞及びマトリックスは、骨に硬さを与えるリン
酸カルシウム（８５％）及び炭酸カルシウム（１０％）の鉱物成分が詰まってい
る膠原繊維の構造を含んでなる。一般に、骨粗しょう症は中高年層を悩ますと考
えられるが、あるタイプの骨粗しょう症は、骨が機能性ストレスを受けていない
全ての年齢のヒトを冒す可能性がある。そのような場合、患者は、長い期間の不
動の間に皮質骨及び海綿質の著しい損失を経験する可能性がある。中高年層患者
は、骨の骨折後に固定すると不使用による骨損失を経験することが既知であり、
それは、結局、すでに骨粗しょう症の骨格における二次骨折につながる可能性が
ある。減少した骨密度は、椎骨虚脱、股関節部、下腕、手首、足首の骨折並びに
能力を奪う痛みにつながる可能性がある。そのような疾患の別の非外科的治療が
必要とされる。

【０００６】パルス電磁場（ＰＥＭＦ）及び容量結合（ＣＣ）は、１９７９年における食品
医薬品局による承認以来、骨治癒における治癒しない骨折及び関連する問題を処
置するために広く使用されている。この形態の治療の試みの最初の根拠は、骨に
対する物理的ストレスが、力学的歪と一緒に、骨形成を促進するシグナルへの物
理的ストレスの変換を引き起こす機構であると考えられたほんの少しの電流の出
現をもたらすという結果であった。偽関節の処置において成功した直接電場刺激
と一緒に、ＰＥＭＦ及び容量結合（ここで、電極は処置領域における皮膚上に配
置される）を用いる非浸襲性の技術もまた有効であると判明した。パルス電磁場
は、非常に導電性の細胞外液におけるわずかな誘導電流（ファラデー電流）を発
生させ、一方、容量結合は、組織における電流を直接引き起こし；それによりＰ
ＥＭＦ及びＣＣは両方とも内因性電流によく似る。

【０００７】最初は骨における結晶の表面で起こる現象のためであると考えられた内因性電
流は、主として、いわゆる「流動電位」を発生させる、固定負電荷を有する有機
成分を含有する骨のチャンネルにおける電解質を含有する流体の動きのためであ
ることが示されている。軟骨における電気的現象の研究により、軟骨が力学的に
圧縮されると出現し、軟骨マトリックスにおけるプロテオグリカン及びコラーゲ
ン中の固定負電荷の表面上に流体及び電解質の動きをもたらす、骨において記述
されているものに類似する力学的−電気的変換機構が示されている。これらの流
動電位は、明らかに、骨におけるものと同様の軟骨における目的にかない、そし
て力学的歪と一緒に、マトリックス成分の軟骨細胞合成を刺激することができる
シグナル伝達につながる。

【０００８】直流、容量結合及びＰＥＭＦの主要な利用は、偽関節骨骨折の治癒における整
形外科においてである（Ｂｒｉｇｈｔｏｎｅｔａｌ．，Ｊ．Ｂｏｎｅａｎ
ｄＪｏｉｎｔＳｕｒｇｅｒｙ，６３：２−１３，１９８１；Ｂｒｉｇｈｔｏ
ｎａｎｄＰｏｌｌａｃｋ，Ｊ．ＢｏｎｅａｎｄＪｏｉｎｔＳｕｒｇｅ
ｒｙ，６７：５７７−５８５，１９８５；Ｂａｓｓｅｔｔｅｔａｌ．，Ｃｒ
ｉｔ．Ｒｅｖ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｅｎｇ．，１７：４５１−５２９（１９８９）；
Ｂａｓｓｅｔｔｅｔａｌ．，ＪＡＭＡ２４７：６２３−８（１９８２））
。臨床応答は、成人における股関節部の虚血壊死及び子供におけるレッグ−ペル
テス病において報告されている。Ｂａｓｓｅｔｔｅｔａｌ．，ＣｌｉｎＯ
ｒｔｈｏｐ２４６：１７２−６（１９８９）；Ａａｒｏｎｅｔａｌ．，Ｃ
ｌｉｎＯｒｔｈｏｐ２４９：２０９−１８（１９８９）；Ｈａｒｒｉｓｏｎ
ｅｔａｌ．，ＪＰｅｄｉａｔｒＯｒｔｈｏｐ４：５７９−８４（１９
８４）。また、ＰＥＭＦ（Ｍｏｏｎｅｙ，Ｓｐｉｎｅ，１５：７０８−７１２，
１９９０）及び容量結合（Ｇｏｏｄｗｉｎ，Ｂｒｉｇｈｔｏｎｅｔａｌ．，
Ｓｐｉｎｅ，２４：１３４９−１３５６，１９９９）は、腰椎融合の成功率を著
しく上げることができることも示されている。また、末梢神経再生及び機能の増
大並びに血管形成の促進の報告もある。Ｂａｓｓｅｔｔ，Ｂｉｏａｓｓａｙｓ
６：３６−４２（１９８７）。ステロイド注入及び他の通常の処置に無反応性の
持続性回旋腱板腱炎にかかっている患者は、プラシーボで処置した患者と比較し
て有意な利益を示した。Ｂｉｎｄｅｒｅｔａｌ．，Ｌａｎｃｅｔ６９５−
８（１９８４）。最後に、Ｂｒｉｇｈｔｏｎｅｔａｌ．は、適切な容量結合
シグナルが腰脊椎における脊椎骨骨粗しょう症を防ぎそして逆転する両方ができ
ることをラットにおいて示している（Ｂｒｉｇｈｔｏｎｅｔａｌ．，Ｊ．
Ｏｒｔｈｏｐ．Ｒｅｓ．６：６７６−６８４，１９８８；Ｂｒｉｇｈｔｏｎｅｔ
ａｌ．，Ｊ．ＢｏｎｅａｎｄＪｏｉｎｔＳｕｒｇｅｒｙ，７１：２２８
−２３６，１９８９）。

【０００９】さらに最近では、この分野における研究は、刺激が組織及び細胞に対して有す
る影響に集中している。例えば、直流は細胞膜を貫通しないこと及び制御は細胞
外マトリックス分化（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ）により行われることが
推測されている。Ｇｒｏｄｚｉｎｓｋｙ，Ｃｒｉｔ．Ｒｅｖ．Ｂｉｏｍｅｄ．Ｅ
ｎｇｎｇ９：１３３（１９８３）。直流と異なり、ＰＥＭＦは細胞膜を貫通す
ることができ、そしてそれらを刺激するかもしくは細胞内細胞小器官に直接影響
を及ぼすいずれかであることが報告されている。細胞外マトリックス及びインビ
ボでの軟骨内骨化に対するＰＥＭＦの影響の試験により、軟骨分子の増加した合
成及び骨小柱の成熟が認められた。Ａａｒｏｎｅｔａｌ．，Ｊ．Ｂｏｎｅ
Ｍｉｎｅｒ．Ｒｅｓ．４：２２７−２３３（１９８９）。さらに最近では、Ｌｏ
ｒｉｃｈ，Ｂｒｉｇｈｔｏｎｅｔａｌ．は、容量結合シグナルのシグナル伝
達が電位依存性カルシウムチャンネルを通してであり、サイトゾルカルシウムの
増加、続いて活性化（細胞骨格）カルモジュリンの増加を引き起こすことを報告
した（ＣｌｉｎＯｒｔｈｏｐａｎｄＲｅｌａｔｅｄＲｅｓｅａｒｃｈ
３５０：２４６−２５６，１９９８）。

【００１０】多数の研究は、応答の機構を理解するために組織培養物を調べることに向けら
れている。ある研究では、電場が軟骨細胞のＤＮＡへの［³Ｈ］−チミジンの取
り込みを増やすことが認められ、電気的刺激により生じるＮａ及びＣａ²⁺の流れ
がＤＮＡ合成を誘発するという考えを裏付けた。Ｒｏｄａｎｅｔａｌ．，Ｓ
ｃｉｅｎｃｅ１９９：６９０−６９２（１９７８）。研究により、電気的摂動
による二次メッセンジャー、ｃＡＭＰの変化及び細胞骨格再編成が認められてい
る。Ｒｙａｂｙｅｔａｌ．，Ｔｒａｎｓ．ＢＲＡＧＳ６：（１９８６）；
Ｊｏｎｅｓｅｔａｌ．，Ｔｒａｎｓ．ＢＲＡＧＳ６：５１（１９８６）；
ＢｒｉｇｈｔｏｎａｎｄＴｏｗｎｓｅｎｄ，Ｊ．Ｏｒｔｈｏｐ．Ｒｅｓ．６
：５５２−５５８，１９８８。別の研究により、グリコサミノグリカン、硫酸化
、ヒアルロン酸、リゾチーム活性及びポリペプチド配列に対する影響が認められ
ている。Ｎｏｒｔｏｎｅｔａｌ．，Ｊ．Ｏｒｔｈｏｐ．Ｒｅｓ．６：６８５
−６８９（１９８８）；Ｇｏｏｄｍａｎｅｔａｌ．，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｎ．
Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ８５：３９２８−３９３２（１９８８）。

【００１１】周期的な二軸の０．１７％の力学的歪は、培養したＭＣ３Ｔ３−Ｅ１骨細胞に
おいてＴＧＦ−β₁ ｍＲＮＡの有意な増加をもたらすことが本発明者等により１
９９６年に報告された。Ｂｒｉｇｈｔｏｎｅｔａｌ．，Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｂ
ｉｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．２２９：４４９−４５３（１９９６）。
いくつかの重要な研究が、１９９７年に続いた。ある研究では、同じ周期的な二
軸の０．１７％の力学的歪が、同様の骨細胞においてＰＤＧＦ−ＡｍＲＮＡの
有意な増加をもたらすことが報告された。Ｂｒｉｇｈｔｏｎｅｔａｌ．，Ｂ
ｉｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．Ｃｏｍｍｕｎ．４３：３３９−３４６
（１９９７）。また、２０ｍＶ／ｃｍの６０ｋＨｚ容量結合電場は、同様の骨細
胞においてＴＧＦ−β₁の有意な増加をもたらすことも報告された。Ｂｒｉｇｈ
ｔｏｎｅｔａｌ．，Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．Ｃｏｍｍｕ
ｎ．２３７：２２５−２２９（１９９７）。しかしながら、そのような場が他の
遺伝子に対して有する影響は文献に報告されていない。

【００１２】罹病もしくは損傷組織、骨及び軟骨、並びに変形性関節症、骨粗しょう症及び
癌のような疾患状態の処置のための方法及び装置の大きな必要性がある。特に、
ある遺伝子を選択的にアップレギュレーションもしくはダウンレギュレーション
することによる罹病もしくは損傷骨、組織及び軟骨細胞の処置並びにそのような
疾患状態の処置のための方法及び装置の必要性がある。本発明は、当該技術分野
におけるこれら並びに他の重要な必要性に関する。

【００１３】発明の要約本発明は、特異的且つ選択的な電気的及び／もしくは電磁気的シグナルの施用
により標的細胞の遺伝子発現を調節することに関する。特に、本発明は、標的細
胞へのそのようなシグナルの施用により遺伝子の発現を調節する方法に関する。

【００１４】本発明の好ましい態様として、特異的且つ選択的な電気的及び／もしくは電磁
気的シグナルを用意すること及び遺伝子発現を調節するように損傷もしくは罹病
組織、軟骨及び／もしくは骨をシグナルにさらすことにより損傷もしくは罹病組
織、軟骨及び／もしくは骨を処置する方法が提供される。本発明の方法によれば
、「特異的且つ選択的」シグナルは、標的とする遺伝子もしくは標的とする機能
的に相補的な遺伝子をアップレギュレーションもしくはダウンレギュレーション
する振幅、継続期間、使用サイクル、周波数及び波形の前もって決定した特性を
有するシグナルである（特異性）。これにより、既定の生物学的もしくは治療応
答を得るために様々な遺伝子発現をアップレギュレーションもしくはダウンレギ
ュレーションするための異なるシグナルを選択することができる（選択性）。本
発明はさらに、標的遺伝子（１個もしくは複数）をアップレギュレーション及び
／もしくはダウンレギュレーションする特異的且つ選択的シグナルを発生させる
ために本明細書において記述する方法を用いる装置に関する。

【００１５】関連する態様として、本発明は、骨欠損症、変形性関節症、骨粗しょう症、癌
及び他の疾患の処置のための方法及び装置に関する。本発明の方法はまた、既定
タンパク質の細胞生産を増やすことが既知であるかもしくは増やすと思われる出
発シグナルの継続期間を順序だてて変えることにより特定の標的遺伝子の「特異
的且つ選択的」シグナルを決定する方法論も含む。最適継続期間を選択した後、
目的のタンパク質の遺伝子発現により決定されるような最適継続期間にわたって
シグナルの振幅を変える。他のシグナル特性を一定に保ちながら使用サイクル、
周波数及び波形を順序だてて変える。目的のタンパク質の遺伝子発現の最大増加
をもたらす最適シグナルが決定されるまでこのプロセスを繰り返す。

【００１６】本発明のこれら及び他の態様を以下の発明の詳細な記述において説明する。本発明は、添付の図面と関連して取り上げる以下の発明の詳細な記述から明らか
になる。

【００１７】発明の好ましい態様の詳細な記述本発明の好ましい態様を図１−１２に関連して以下に詳細に記述する。当業者
は、これらの図面に関して本明細書において示す記述が例示目的のためだけであ
り、そして本発明の範囲を決して限定するものではないことを認識する。本発明
の範囲に関する全ての問題は、添付の請求項に照会することにより解決すること
ができる。

【００１８】本発明は、特異的且つ選択的な電気的及び／もしくは電磁気的シグナルの施用
によりある種の遺伝子の発現を調節できるという発見に基づく。言い換えれば、
骨、軟骨及び他の組織細胞における各遺伝子を調節するための特異的な電気的及
び／もしくは電磁気的シグナルがあること及びこれらの特異的なシグナルはその
ような細胞における当該遺伝子を特異的且つ選択的に調節できることが本発明者
等によって見出された。特に、組織もしくは細胞の増殖、維持、修復及び変性も
しくは変質を支配する遺伝子発現を、有益な（ｓａｌｕｔｏｒｙ）臨床効果をも
たらすように特異的且つ選択的な電気的及び／もしくは電磁気的シグナルの施用
により本発明に従って調節することができる。そのような発見は、骨の骨折及び
欠損症、変形性関節症、骨粗しょう症、癌及び他の疾患を包含するある種の医学
的症状を標的とする処置方法の開発において、並びにそのような方法を用いる装
置を開発するために有用である。

【００１９】本明細書において用いる場合、「シグナル」という語句は、力学的シグナル、
超音波シグナル、電磁場及び電場を包含する様々なシグナルをさすために使用す
る。「シグナル」という語句は、それが結合場もしくはパルス電磁場であるにせ
よ、直流、容量結合もしくは誘導結合により発生させるにせよ電場をさすことが
できると理解されるべきである。

【００２０】「遠隔」という語句は、遠方に作用するかもしくは遠方から制御される、作用
することを意味するために使用する。「遠隔」調節は、遠方から遺伝子の発現を
制御することをさす。「遠隔的に」与えることは、遠方から与えることをさす。
例えば、遠隔供給源から特異的且つ選択的シグナルを与えることは、組織もしく
は細胞から離れている供給源からまたは体の外側もしくは外部の供給源からシグ
ナルを与えることをさすことができる。

【００２１】「特異的且つ選択的」シグナルという語句は、標的とする遺伝子もしくは標的
とする機能的に相補的な遺伝子をアップレギュレーションもしくはダウンレギュ
レーションする振幅、継続期間、使用サイクル、周波数及び波形の前もって決定
した特性を有するシグナルを意味する（特異性）。これにより、既定の生物学的
もしくは治療応答を得るために様々な遺伝子発現をアップレギュレーションもし
くはダウンレギュレーションするための異なるシグナルを選択することができる
（選択性）。

【００２２】「調節する」という用語は、遺伝子発現を制御することを意味する。調節する
は、アップレギュレーションする及びダウンレギュレーションする両方を含むと
理解される。アップレギュレーションするは、遺伝子の発現を増やすことを意味
し、一方、ダウンレギュレーションするは、遺伝子の発現を抑制するかもしくは
妨げることを意味する。

【００２３】「機能的に相補的な」は、既定の細胞もしくは組織において発現が相補的であ
るかもしくは相乗作用を有する２個もしくはそれ以上の遺伝子をさす。

【００２４】「組織」は、患者の構造材料の一つを形成する細胞外物質と一緒に細胞の集合
体をさす。本明細書において用いる場合、「組織」という用語には、筋肉及び器
官組織並びに骨もしくは軟骨組織が包含されるものとする。「組織」という用語
はまた、本明細書において用いる場合、個々の細胞をさすこともできる。

【００２５】「患者」は動物、好ましくは哺乳動物、より好ましくはヒトをさす。

【００２６】本発明は、ある組織、細胞もしくは疾患を標的とする処置方法及び装置を提供
する。特に、損傷もしくは罹病組織もしくは細胞における修復プロセスと関連す
る遺伝子発現を、標的組織もしくは細胞において調節する遺伝子に特異的且つ選
択的な電気的シグナルの施用により調節することができる。有益な臨床効果をも
たらすように各遺伝子もしくは相補的な遺伝子の各組に特異的且つ選択的なシグ
ナルの施用により遺伝子発現をアップレギュレーションもしくはダウンレギュレ
ーションすることができる。例えば、特定の特異的且つ選択的シグナルは、ある
望ましい遺伝子発現をアップレギュレーションすることができ、一方、同じもし
くは別の特定の特異的且つ選択的シグナルは、ある望ましくない遺伝子発現をダ
ウンレギュレーションすることができる。ある遺伝子を、ある特定の特異的且つ
選択的シグナルによりアップレギュレーションし、そして別の特異的且つ選択的
シグナルによりダウンレギュレーションすることができる。当業者は、組織の増
殖、維持、修復及び変性もしくは変質を支配する遺伝子を調節することによりあ
る種の罹病もしくは損傷組織を処置のための標的とできることを理解する。

【００２７】本発明の方法及び装置は、ある標的とする罹病もしくは損傷組織と関連する遺
伝子発現に特異的且つ選択的なシグナルを同定することに基づく。例えば、様々
な形態（例えば、容量結合、誘導結合、結合場）の電気は、各選択遺伝子に施用
するシグナルの周波数、振幅、波形もしくは使用サイクルを変えることにより患
者の体の標的組織もしくは細胞における遺伝子発現を特異的且つ選択的に調節す
ることができる。電気にさらす継続期間もまた、患者の体の標的組織もしくは細
胞における遺伝子発現を特異的且つ選択的に調節する電気の能力に影響を及ぼす
ことができる。遺伝子発現に対する所望の効果をもたらす周波数、振幅、波形、
使用サイクル及び継続期間の適切な組み合わせが見出されるまで特異的且つ選択
的シグナルを各遺伝子に体系的に施用することができる。

【００２８】ある遺伝子発現のための電場の特異性及び選択性には、いくつかの因子が影響
を与えることができるので、様々な罹病もしくは損傷組織または疾患状態を処置
のための標的とできることが理解されるべきである。特に、適切な周波数、振幅
、波形及び／もしくは使用サイクルの電場は、ある遺伝子の発現に特異的且つ選
択的であることができ、従って、選択的処置（ｔａｒｇｅｔｅｄｔｒｅａｔｍ
ｅｎｔｓ）を提供することができる。時間的因子（例えば、電場にさらす継続期
間）もまた、特定の遺伝子発現のための電場の特異性及び選択性に影響を与える
ことができる。遺伝子発現の調節は、特定の継続期間にわたる電場の施用により
さらに効果的である（もしくは可能にする）ことができる。従って、本発明は、
様々な罹病もしくは損傷組織または疾患を標的とする処置を提供するために電場
がある種の遺伝子発現に特異的且つ選択的であると判明するまで電場の施用の周
波数、振幅、波形、使用サイクル及び／もしくは継続期間を変えることを提供す
ることが当業者により理解される。

【００２９】従って、適切な継続期間にわたる適切な周波数、振幅、波形及び／もしくは使
用サイクルの電場を包含する特異的且つ選択的シグナルの施用により特定の罹病
もしくは損傷組織と関連するある遺伝子の発現を調節することが可能であるので
本発明は選択的処置を提供することができる。従って、ある罹病もしくは損傷組
織または疾患状態を処置のための標的とするためにある種の遺伝子の発現を調節
するように電場を包含するシグナルの特異性及び選択性に影響を与えることがで
きる。それにより本発明は、骨欠損症、変形性関節症、骨粗しょう症及び癌の処
置を包含する多数の選択的処置を提供する。

【００３０】本発明はさらに、損傷もしくは罹病組織並びにある種の疾患状態の処置のため
の装置を提供する。特に、本発明は、ある遺伝子発現に特異的且つ選択的な少な
くとも一つのシグナルの供給源を含む装置を提供する。本発明の装置は、特異的
且つ選択的シグナルを加えるように適合させる少なくとも一つの電極による標的
細胞への施用のためのそのようなシグナルの生成を提供することができる。

【００３１】本発明の装置は、特異的且つ選択的シグナルを罹病もしくは損傷組織及び／ま
たは患者の皮膚に直接施用することができる。容量結合装置は被験体の皮膚に接
触させなければならないことが認識されるが、本発明の装置はまた、特異的且つ
選択的シグナルの遠隔施用（例えば、罹病もしくは損傷組織から離れたシグナル
の施用）を提供することもできる。本発明の装置は、損傷もしくは罹病組織の近
くで患者の体に電極をつける手段を含むことができる。例えば、粘着性の導電性
電極を図１０に示すような骨粗しょう症に悩む膝関節の両側で患者の皮膚につけ
ることができる。図１０に同様に示すように、本発明の装置はまた、患者の体に
装置をつける手段を含むこともできる。例えば、本発明の装置は、ふくらはぎ、
大腿もしくは腰の周りに合わせるマジックテープ（登録商標）帯に電力装置をつ
けることができるように裏側にマジックテープパッチを有する電力装置につけた
電極を含むことができる。

【００３２】本発明の装置は、様々なように用いることができる。本発明の装置は携帯用で
あることができ、または患者の体に一時的にもしくは永久的につけることができ
る。本発明の装置は、好ましくは非浸襲性である。例えば、本発明の装置は、前
もって決定した特異的且つ選択的シグナルの施用のために患者の皮膚と接触する
ように適合させる電極の利用により患者の皮膚に用いることができる。そのよう
なシグナルはまた、経時変動性電流（ｔｉｍｅｖａｒｙｉｎｇｃｕｒｒｅｎ
ｔｓ）が流れ、従って組織を貫通する特異的且つ選択的電磁場をもたらすコイル
によって施用することもできる。本発明の装置はまた、患者の皮膚の下への移植
を包含する、患者における移植が可能であることもできる。

【００３３】以下の実施例は、本発明の方法が骨細胞における遺伝子発現の調節により骨成
長及び修復を提供できることを例示する。本発明の方法は、新しい骨折及び偽関
節骨折の近くで骨成長及び修復を刺激することができる。骨成長及び修復はまた
、変形性関節症もしくは骨粗しょう症の近くで刺激することもできる。本発明の
方法により骨細胞、軟骨細胞、繊維組織細胞、幹細胞及び癌細胞を包含する様々
な細胞を標的とすることができる。

【００３４】以下の実施例はまた、本発明の方法が軟骨成長及び修復を提供できることも例
示する。ある遺伝子の発現に特異的且つ選択的なシグナルにより軟骨成長及び修
復を刺激することができる。例えば、本発明の方法は、変形性関節症患者におけ
る関節軟骨修復を刺激することができ、そして軟骨細胞における遺伝子発現の調
節を提供することができる。特に、本発明の方法は、軟骨を修復する遺伝子（例
えば、アグリカン及びＩＩ型コラーゲンをコードする遺伝子）のアップレギュレ
ーション、軟骨を破壊する遺伝子（例えば、メタロプロテイナーゼをコードする
遺伝子）のダウンレギュレーション及び関節軟骨を破壊するメタロプロテイナー
ゼを阻害する遺伝子（例えば、メタロプロテイナーゼの組織インヒビターをコー
ドする遺伝子）のアップレギュレーションを提供することができる。本発明の方
法により関節軟骨細胞を包含するそして関節軟骨、硝子軟骨及び成長板軟骨（ｇ
ｒｏｗｔｈｐｌａｔｅｃａｒｔｉｌａｇｅ）を包含する様々な軟骨細胞を標
的とすることができる。

【００３５】以下の実施例はさらに、本発明の方法が関節軟骨細胞における遺伝子発現の調
節を提供することを例示する。例えば、以下の実施例では、胎仔関節軟骨細胞を
２０ｍＶ／ｃｍの６０ｋＨｚ容量結合電場に０．５、２．０、６．０及び２４．
０時間にわたってさらしている。０．５時間のみの刺激後に³⁵ＳＯ₄／μｇＤＮ
Ａの統計学的に有意な取り込み（有意なプロテオグリカン合成を示す）が認めら
れた。同一の実験を繰り返し、そして主要な軟骨プロテオグリカンのメッセンジ
ャー、アグリカンｍＲＮＡのレベルをモニターした。０．５時間のみの電気的刺
激後にアグリカンｍＲＮＡの有意な増加（ほとんど１００％）があった。従って
、時間的因子は、関節軟骨細胞における遺伝子発現を調節するシグナルの特異性
及び選択性に影響を与えることができる。

【００３６】本発明の方法はまた、ある種の疾患の処置も提供する。特に、本発明の方法は
、癌の処置を提供することができる。原発性（もしくはさらに転移性）癌にかか
っている患者において、メタロプロテイナーゼは癌の広がりを少なくともある程
度招く。メタロプロテイナーゼは、癌を阻止しようとする意図で隣接細胞により
築かれる繊維壁もしくは膜を酵素的に分解する。しかしながら、上記のように、
メタロプロテイナーゼの組織インヒビターはそのようなメタロプロテイナーゼの
生産を阻害することができる。従って、本発明の方法は、メタロプロテイナーゼ
をコードする遺伝子のダウンレギュレーション及びメタロプロテイナーゼの組織
インヒビター（「ＴＩＭＰ」）をコードする遺伝子のアップレギュレーションを
提供することができる。当業者は、本発明の方法により様々な他の疾患を処置の
ための標的とできることを理解する。

【００３７】本発明を決して限定しないが、現在、機能的に相補的な遺伝子は、同一のもし
くは実質的に同様のシグナルに応答できると考えられる。言い換えれば、シグナ
ルは、機能的に相補的な遺伝子に特異的且つ選択的であることができる。図１及
び５に関して、そして実施例１及び２に関して以下に記述するように、アグリカ
ン及びＩＩ型コラーゲンをコードする遺伝子は両方とも、２０ｍＶ／ｃｍ、６０
ｋＨｚの容量結合シグナルにより調節することができる。これらの遺伝子の各々
は軟骨マトリックス形成を調節し、従って、機能的に相補的であると考えられる
。一方、実施例５に関して以下に記述するように、２０ｍＶ／ｃｍ、６０ｋＨｚ
の容量結合シグナルは、ＴＧＦ−β₁をコードする遺伝子発現を調節するが、Ｐ
ＤＧＦ−Ａの遺伝子発現を調節しない。これらの遺伝子の各々は、骨治癒の異な
る相及び生理学的プロセスの調節に関与し、従って、機能的に相補的であると考
えられない。

【００３８】図１０−１２は、本発明の装置の例を提供する。本発明の装置は、特異的且つ
選択的シグナルの供給源、電力装置及び少なくとも１つの電極を含むことができ
る。本発明の装置は携帯用であることができる。例えば、ふくらはぎ、大腿もし
くは腰の周りに合わせることができるマジックテープ帯につけることができる電
力装置に電極をつけることができる。例えば、そのような装置は、例えばアグリ
カンもしくはＩＩ型コラーゲンの遺伝子発現をアップレギュレーションするよう
に特異的且つ選択的電場を１日当たり３０分もしくはそれ以上にわたって施用す
るために用いることができる。

【００３９】当業者は、一対もしくは複数対の電極への施用のためのプログラム化された複
数の転換可能な特異的且つ選択的シグナルを有する容量結合電力装置、転換可能
な複数の特異的且つ選択的シグナルを有する電力装置につけた電磁気コイル、及
び特異的且つ選択的シグナルを発生させるための電力供給を有する超音波刺激装
置を包含する様々な形態で本発明の装置を提供できることを理解する。一般的に
言えば、装置の選択は、患者の承認及び患者のコンプライアンスに基づく。現在
当該技術分野において利用可能な最小で且つ最も携帯用の装置は、容量結合装置
であり；しかしながら、非常に敏感な皮膚を有する患者は、誘導結合装置を使用
することを選択することができる。一方、超音波装置は、最大の患者の協力を必
要とするが、ある種の患者による使用に望ましい可能性がある。

【００４０】実施例例示の目的のためであり、そして本発明の範囲を限定するものではない以下の
実施例において本発明をさらに示す。材料及び方法胎仔ウシ関節軟骨から軟骨細胞培養物を調製した。軟骨細胞（５ｘ１０⁵細胞
／ｃｍ²）を特別に改変したクーパー皿上に平板培養した。実験条件の開始直前
に培地を交換して細胞を７日まで増殖させた。これらの研究の全体にわたって実
験細胞培養物をピークからピークまで４４．８１ボルトの出力を有する６０ｋＨ
ｚの容量結合正弦波シグナル電場に供した。これは、３００μＡ／ｃｍ²の電流
密度を有する２０ｍＶ／ｃｍの皿の培養培地における計算される場の強さをもた
らした。コントロール細胞培養皿は、電極を機能発生器（ｆｕｎｃｔｉｏｎｇ
ｅｎｅｒａｔｏｒ）に接続しなかったことを除いて刺激した皿のものと同一であ
った。

【００４１】製造業者の説明書に従って、ＴＲＩｚｏｌを用いて全ＲＮＡを単離し、そして
ＳｕｐｅｒＳｃｒｉｐｔＩＩ逆転写酵素を用いる逆転写を行った。競合ＰＣＲ
技術において使用するオリゴヌクレオチドプライマーは、公開されたｃＤＮＡ配
列から選択した。ＰＣＲ産物の定量分析は、ＳｃｉｏｎＩｍａｇｅソフトウェア
を用いて行った。

【００４２】所望の遺伝子調節のための最適シグナルを以下のように体系的に見出した。既
定タンパク質の細胞生産を増やすことが既知である（もしくはさらにただ増やす
と思われる）電気的シグナルをそのタンパク質の遺伝子発現（ｍＲＮＡ）の特異
的シグナルを決定するための出発シグナルとして選ぶ。最初に、全ての他のシグ
ナル特性（振幅、使用サイクル、周波数及び波形）を一定に保ちながらシグナル
の継続期間を変えることにより用量応答曲線を実施する。これは、そのタンパク
質の遺伝子発現のための出発シグナルの最適継続期間を決定する。最適継続期間
にわたって振幅を変えることにより二回目の用量応答曲線を実施する。これは、
目的のタンパク質の遺伝子発現により決定されるような最適継続期間にわたる最
適振幅を決定する。次に、今回は、最適振幅及び他のシグナル特性を一定に保ち
ながら使用サイクルを１００％（一定）から１％もしくはそれ未満まで変えて、
三回目の用量応答曲線を実施する。各回で他のシグナル特性を一定に保ちながら
四回目（周波数を変える）及び五回目（波形を変える）の用量応答を繰り返す。
この方法により目的のタンパク質の遺伝子発現の最大増加をもたらす最適シグナ
ルが決定される。

【００４３】タンパク質発現は、逆転写酵素ＰＣＲ、ノーザン分析、免疫検定法などのよう
な当該技術分野において既知である任意の方法により決定することができる。実施例１：関節軟骨細胞によるアグリカン生産関節軟骨細胞を６０ｋＨｚで２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電気的シグナルにさら
した。結果を図１−４に例示する。

【００４４】図１は、２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電場で０（コントロール）、０．５、２、
６及び２４時間の継続期間にわたって刺激する関節軟骨軟骨細胞によるアグリカ
ンｍＲＮＡ生産（アトモル／μｌ）のグラフ表示である。本実施例において、３
０分の刺激は、アグリカンｍＲＮＡの有意な増加（ほとんど２倍の増加）をもた
らすことが判明した。従って、応答は継続期間特異的である。

【００４５】図２は、２０ｍＶ／ｃｍ（６０ｋＨｚ）の容量結合電場で３０分刺激後の関節
軟骨軟骨細胞におけるアグリカンｍＲＮＡアップレギュレーションの継続期間及
び大きさのグラフ表示である。例示するように、ピークアップレギュレーション
が、３０分の刺激継続期間の停止後３１／２時間で起こることが判明した。図
２はまた、二次的なより小さいピークのアップレギュレーションが、３０分の刺
激継続期間の停止後１４１／２時間及び２０１／２時間で起こり、アップレギ
ュレーションが周期的であることも例示する。

【００４６】図３は、全て３０分の継続期間にわたる、様々な容量結合電場振幅により刺激
する関節軟骨軟骨細胞におけるアグリカンｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。本
実施例において、１０−２０ｍＶ／ｃｍは、アグリカンｍＲＮＡ生産の有意な増
加を示した。従って、応答は電場振幅特異的である。

【００４７】図４は、様々な使用サイクルを用いて２０ｍＶ／ｃｍ（６０ｋＨｚ）の容量結
合電場により刺激する関節軟骨軟骨細胞におけるアグリカンｍＲＮＡ生産のグラ
フ表示である。例示するように、３０サイクルにわたって脈動する１分オン／７
分オフ（１２／５％の使用サイクル）の使用サイクル（刺激の総「オン」時間＝
３０分）は、３０分の一定（コントロール、１００％の使用サイクル）刺激より
はるかに多いアグリカンｍＲＮＡ生産をもたらす。従って、応答は使用サイクル
特異的である。図４はまた、４時間にわたる１分オン／７分オフ（１２．５％の
使用サイクル）のシグナルが、３０分にわたって施用する同じ１２．５％の使用
サイクルより有意に多いアグリカンｍＲＮＡをもたらすことも例示する。従って
、使用サイクルは時間の点で選択的である。実施例２：関節軟骨細胞によるＩＩ型コラーゲン生産関節軟骨細胞を６０ｋＨｚで２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電気的シグナルにさら
した。結果を図５−７に例示する。

【００４８】図５は、２０ｍＶ／ｃｍ（６０ｋＨｚ）の容量結合電場により０（コントロー
ル）、０．５、２、６及び２４時間の継続期間にわたって刺激する関節軟骨細胞
におけるＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡ生産（アトモル／μｌ）のグラフ表示である
。本実施例において、３０分の刺激は、ＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡの有意な増加
（約１０倍の増加）をもたらした。これは、実施例１の相補的なアグリカンｍＲ
ＮＡのものと同様に、応答が継続期間特異的であることを示す。

【００４９】図６は、２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電場で３０分刺激後の関節軟骨細胞におけ
るＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡアップレギュレーションの継続期間及び大きさのグ
ラフ表示である。図６は、３０分の刺激継続期間の停止後５１／２時間でピー
クアップレギュレーションが起こることを例示する。相補的な遺伝子であるアグ
リカンｍＲＮＡは、ＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡより２時間早い、刺激の停止後３
１／２時間でアグリカンｍＲＮＡの最大生産に達した（図２）ことに注目すべ
きである。

【００５０】図７は、全て３０分の継続期間にわたる、関節軟骨細胞におけるＩＩ型コラー
ゲンｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。例示するように、２０、４０及び２ｍＶ
／ｃｍは全て、ＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡの有意な増加を示した。また、アグリ
カンｍＲＮＡの場振幅特異性（図３）とＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡの振幅特異性
間の違いは、シグナルの選択性を与えることにも注目すべきである。例えば、Ｉ
Ｉ型コラーゲンｍＲＮＡを刺激することを所望しない場合にはアグリカンｍＲＮ
Ａを刺激するために１０ｍＶ／ｃｍのシグナルを、またはアグリカンｍＲＮＡを
刺激することを所望しない場合にはＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡを刺激するために
２ｍＶ／ｃｍもしくは４０ｍＶ／ｃｍのシグナルを選択的に選ぶことができるは
ずである。このデータは、施用するシグナルの特異性により特定の遺伝子発現を
得ることができることを示す。

【００５１】実施例１及び２に関して、アグリカンもしくはＩＩ型コラーゲンをコードする
遺伝子の各々を同一の２０ｍＶ／ｃｍ、６０ｋＨｚの容量結合シグナルにより調
節できることが示される。当業者は、これらの遺伝子転写産物の各々が軟骨マト
リックス形成を調節しそして機能的に相補的であることを認識する。従って、実
施例１及び２の結果は、本明細書において記述する技術に従う遺伝子調節による
電気的療法を裏付けると考えられる。実施例３：ＩＬ−β₁で処置した関節軟骨細胞におけるＭＭＰ−１ｍＲＮＡ生産関節軟骨細胞を６０ｋＨｚで２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電気的シグナルにさら
した。結果を図８に例示する。

【００５２】図８は、ＩＬ−β₁で処置しそして２０ｍＶ／ｃｍ（６０ｋＨｚ）の容量結合
場で０（コントロール）、０．５、２、６及び２４時間の継続期間にわたって刺
激する関節軟骨軟骨細胞によるＭＭＰ−１ｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。
例示するように、ＭＭＰ−１ｍＲＮＡは、全ての継続期間の刺激において劇的
にダウンレギュレーションされるが、特に３０分でそうである。これは、同じ２
０ｍＶ／ｃｍの場におけるアグリカンｍＲＮＡ（図１−４）及びＩＩ型コラーゲ
ンｍＲＮＡ（図５−７）の劇的なアップレギュレーションと対比する場合に重要
である。これは、選択した遺伝子応答に特異的シグナルを使用しなければならな
いこれらの電場の選択性及び特異性を示す。実施例４：ＩＬ−β₁で処置した関節軟骨細胞におけるＭＭＰ−３ｍＲＮＡ生産関節軟骨細胞を６０ｋＨｚで２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電気的シグナルにさら
した。結果を図９に例示する。

【００５３】図９は、２０ｍＶ／ｃｍ（６０ｋＨｚ）の容量結合電場で０（コントロール）
、０．５、２、６及び２４時間の継続期間にわたって刺激する関節軟骨軟骨細胞
によるＭＭＰ−３ｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。例示するように、３０分
の刺激でＭＭＰ−３ｍＲＮＡの有意なダウンレギュレーションがあり、そして
２時間の刺激で劇的なアップレギュレーションがある。これは、これらのシグナ
ルの施用における時間特異性の重要さを指摘する。実施例５：骨細胞によるＴＧＦ−β₁生産上記で触れたように、２０ｍＶ／ｃｍの６０ｋＨｚ容量結合電場は、同様の骨
細胞においてＴＧＦ−β₁の有意な増加をもたらすことが報告されている。Ｂｒ
ｉｇｈｔｏｎｅｔａｌ．，Ｂｉｏｃｈｅｍ．Ｂｉｏｐｈｙｓ．Ｒｅｓ．Ｃｏ
ｍｍｕｎ．２３７：２２５−２２９（１９９７）。ＴＧＦ−β₁ ｍＲＮＡの有意
な生産はあるが、（アグリカンｍＲＮＡ及びＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡの０．５
時間と異なり）６時間の刺激後のみであることが判明した。２０ｍＶ／ｃｍ、６
０ｋＨｚの容量結合電気的シグナルにＭＣ３Ｔ３−Ｅ１骨細胞をさらすことによ
り、ＰＤＧＦ−ＡｍＲＮＡの生産に影響があるかどうかを決定するために実験
を繰り返した。いかなる影響も認められなかった。

【００５４】従って、２０ｍＶ／ｃｍ、６０ｋＨｚの容量結合シグナルは、ＴＧＦ−β₁を
コードする骨細胞遺伝子を調節するが、ＰＤＧＦ−Ａをコードする遺伝子を調節
することはできない。現在、これらの遺伝子の各々の発現は、骨治癒の異なる相
及び生理学的プロセスの調節に関与し、従って機能的に相補的ではないと考えら
れる。実施例６：変形性関節症の処置図１０に関して、本発明の好ましい態様による装置１０を膝の変形性関節症に
かかっている患者を処置するために使用する。例示するように、２つの円形の低
導電性（ｓｏｆｔｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ）の粘着性電極１２を関節ラインのレ
ベルで膝の両側の皮膚上に配置する。ふくらはぎ、大腿もしくは腰の周りに合わ
せるマジックテープ帯（示さない）に電力装置１４をつけることができるように
裏側にマジックテープパッチ１６を有する電力装置１４に電極１２をつける。電
極１２は、患者が毎晩寝る前にもしくは任意の他の都合のよい時間に皮膚上に配
置することができる。

【００５５】電力装置は好ましくは小さく（例えば、６−８オンス）、そして皮膚上に配置
する電極１２にピークからピークまで５ボルト、６−１０ｍＡｍｐ、２０ｍＶ／
ｃｍ、６０ｋＨｚの正弦波シグナルを発するために標準的な９ボルト電池により
電力を供給される。上記実施例において例示するように、適切な継続期間、場振
幅及び使用サイクルで１日当たり３０分与えるこのシグナルは、アグリカン及び
ＩＩ型コラーゲンをコードする遺伝子を有意にアップレギュレーションするはず
である。この処置は、さらなる関節軟骨変質を防ぐかもしくは最小限度に抑え、
そしてすでに損傷を受けているかもしくは変性している関節軟骨を治癒するはず
である。

【００５６】電力装置１４はまた、他の遺伝子に特異的且つ選択的なシグナルを与えるよう
に構造を変更することもできる。例えば、上記の実施例において例示するように
、電力装置１４は、メタロプロテイナーゼ（ＭＭＰ）の遺伝子発現をダウンレギ
ュレーションするためのシグナル並びにメタロプロテイナーゼの組織インヒビタ
ー（「ＴＩＭＰ」）を発現する遺伝子をアップレギュレーションするためのシグ
ナルを与えるように構造を変更することができる。電力装置１４は、そのような
シグナルをアグリカン／ＩＩ型コラーゲンシグナルと連続して与えるように構造
を変更することができる。従って、軟骨を修復する遺伝子（例えば、アグリカン
及びＩＩ型コラーゲン遺伝子）のアップレギュレーション、軟骨を破壊する遺伝
子（例えば、メタロプロテイナーゼ遺伝子）のダウンレギュレーション及び関節
軟骨を破壊するメタロプロテイナーゼを阻害する遺伝子（例えば、メタロプロテ
イナーゼの組織インヒビター）のアップレギュレーションにより患者を処置する
ことができる。実施例７：骨欠損症もしくは骨粗しょう症の処置図１１に関して、骨折、遅延癒合、偽関節もしくは他の骨欠損症にかかってい
る患者を、欠損のレベルで足（ｅｘｔｒｅｍｉｔｙ）の向かい合う側の皮膚上に
配置する２つの円形の低導電性電極１２で処置することができる。骨欠損に及ぶ
ように電極１２を皮膚上に配置する。ふくらはぎ、大腿もしくは腰の周りに合わ
せるマジックテープ帯（示さない）に電力装置１４’をつけることができるよう
に裏側にマジックテープパッチ１６を有する電力装置１４’に電極１２をつける
。本発明の好ましい態様により、図１１に示すように、２本の皮質間ねじ２０に
より固定する骨髄内杆状体１８によって大腿骨の偽関節を安定させることができ
る。

【００５７】電力装置１４’は、皮膚上に配置する電極１２に２０ｍV／ｃｍ、６０ｋＨｚ
の正弦波シグナルを与える。実施例５におけるように１日当たり６時間にわたっ
てシグナルを与える。電力装置１４’は、継続期間、場振幅及び使用サイクルに
より特定される同じ電気的シグナルが必ずしも施用されないので先の実施例にお
ける電力装置１４と区別される。この技術は、骨修復の軟骨相において重要な遺
伝子であるＴＧＦ−β₁をアップレギュレーションすることにより修復プロセス
を促進するはずである。

【００５８】電力装置１４’は、ある遺伝子に特異的な別のシグナルを与えるように構造を
変更できることを当業者は認識する。例えば、電力装置１４は、ＰＤＧＦ−Ａ、
塩基性ＦＧＦ及びＢＭＰ−２遺伝子のアップレギュレーションのためのシグナル
を与えるように構造を変更することができる。電力装置１４はまた、ＴＧＦ−β ₁ 、ＰＤＧＦ−Ａ、塩基性ＦＧＦ及びＢＭＰ−２遺伝子に特異的且つ選択的なシ
グナルを連続して与えるように構造を変更することもできる。従って、電力装置
１４は、骨欠損症を治癒するために必要な遺伝子をアップレギュレーションする
特異的且つ選択的シグナルを与えるように構造を変更することができる。実施例８：腫瘍の処置図１２に関して、悪性黒色腫にかかっている患者を本発明の好ましい態様によ
る方法及び装置で処置することができる。図１２は、皮膚からその下にある組織
にまだ浸入していない悪性黒色腫にかかっている患者を示す。上記に説明するよ
うに、原発性（もしくはさらに転移性）癌にかかっている患者において、癌の広
がりは、癌細胞により生産されるメタロプロテイナーゼにより起こる。メタロプ
ロテイナーゼは、癌を阻止しようとする意図で隣接細胞が設ける繊維壁もしくは
膜を酵素的に分解する。上記に説明するように、メタロプロテイナーゼの組織イ
ンヒビターは、そのようなメタロプロテイナーゼの生産を阻害することができる
。

【００５９】本発明の装置１０”は、上記実施例において説明するようなメタロプロテイナ
ーゼをコードする遺伝子を選択的にダウンレギュレーションしそして／もしくは
メタロプロテイナーゼの組織インヒビター（「ＴＩＭＰ」）をコードする遺伝子
を選択的にアップレギュレーションするために特異的容量結合電場を電極１２に
より与える。装置１０”は、１日当たり特定の継続期間にわたって順次遺伝子を
選択的にダウンレギュレーションしそしてアップレギュレーションするように電
力装置１４”により発生させる電場を与えることができる。いったん黒色腫が体
の独自の防御機構により十分に分離されると黒色腫を安全に切除することができ
る。

【００６０】当業者はまた、本発明に対する多数の他の改変が本発明の範囲内で可能である
ことも認識する。例えば、メタロプロテイナーゼの組織インヒビター（「ＴＩＭ
Ｐ」）をコードする遺伝子及び他の遺伝子は、異なる継続期間、場振幅及び使用
サイクルで異なる周波数で施用するシグナルに特異的且つ選択的応答を与えるよ
うに６０ｋＨｚ以外の選択的周波数で向上した特異的用量応答を有することがで
きる。同様に、上記で触れたように、誘導結合シグナル、直接結合シグナル及び
パルス電磁場もまた、上記実施例において記述するような容量結合シグナルの代
わりに施用することができる。従って、本発明の範囲は、上記の好ましい態様に
限定されるものではなく、添付の請求項によってのみ限定されるものとする。

【図面の簡単な説明】

【図１】２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電場で様々な継続期間にわたって刺激する関節軟骨
軟骨細胞によるアグリカンｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。本実施例において
、応答は継続期間特異的である。

【図２】２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電場で３０分刺激後の関節軟骨軟骨細胞におけるア
グリカンｍＲＮＡアップレギュレーションの継続期間及び大きさのグラフ表示で
ある。

【図３】全て３０分の継続期間にわたる、様々な容量結合電場振幅により刺激する関節
軟骨軟骨細胞におけるアグリカンｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。本実施例に
おいて、応答は電場振幅特異的である。

【図４】様々な使用サイクルを用いて２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電場により刺激する関
節軟骨軟骨細胞におけるアグリカンｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。本実施例
において、応答は使用サイクル特異的であり、そして使用サイクルは時間の点で
選択的である。

【図５】２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電場により様々な継続期間にわたって刺激する関節
軟骨軟骨細胞におけるＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。本実
施例において、応答は、相補的なアグリカンｍＲＮＡのものと同様に継続期間特
異的である。

【図６】２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電場で３０分刺激後の関節軟骨軟骨細胞におけるＩ
Ｉ型コラーゲンｍＲＮＡアップレギュレーションの継続期間及び大きさのグラフ
表示である。

【図７】全て３０分の継続期間にわたる、様々な容量結合電場振幅により刺激する関節
軟骨軟骨細胞におけるＩＩ型コラーゲンｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。本実
施例は、アグリカンｍＲＮＡの場振幅特異性（図３）とＩＩ型コラーゲンｍＲＮ
Ａの振幅特異性間の違いがシグナルの選択性を与えることを示す。

【図８】ＩＬ−β₁で処置しそして２０ｍＶ／ｃｍの容量結合場で様々な継続期間にわ
たって刺激する関節軟骨軟骨細胞によるＭＭＰ−１ｍＲＮＡ生産のダウンレギ
ュレーションのグラフ表示である。本実施例は、選択した遺伝子応答に特異的シ
グナルを使用しなければならないこれらの電場の選択性及び特異性を示す。

【図９】２０ｍＶ／ｃｍの容量結合電場で様々な継続期間にわたって刺激する関節軟骨
軟骨細胞によるＭＭＰ−３ｍＲＮＡ生産のグラフ表示である。本実施例は、こ
れらのシグナルの施用における時間特異性の重要さを例示する。

【図１０】本発明の好ましい態様による、膝の変形性関節症の処置のための装置を例示す
る略図である。

【図１１】本発明の好ましい態様による、２本の皮質間ねじにより固定する骨髄内杆状体
によって安定させる大腿骨の偽関節、及び骨欠損症の処置のための装置を例示す
る略図である。

【図１２】本発明の好ましい態様による、悪性黒色腫の処置のための装置を例示する略図
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷＦターム(参考） 4C053 BB26 BB34 LL07 LL12 LL14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一つの標的遺伝子の発現を変える少なくとも一つ
の特異的且つ選択的シグナルを用意すること；及び標的遺伝子の発現を調節するように前もって決定した間隔で前もって決定した継
続期間にわたって該特異的且つ選択的シグナルに損傷もしくは罹病組織をさらす
こと、の工程を含んでなる損傷もしくは罹病組織を処置する方法。
【請求項２】特異的且つ選択的シグナルが、第一及び第二の標的遺伝子の
発現を選択的に変え、そして該さらす工程が、選択的に第一の標的遺伝子の発現
をアップレギュレーションすること及び／もしくは第二の標的遺伝子の発現をダ
ウンレギュレーションする工程をさらに含んでなる請求項１の方法。
【請求項３】さらす工程が、アグリカンをコードする少なくとも一つの標
的遺伝子の発現をアップレギュレーションするように特異的且つ選択的シグナル
により発生させる電場に関節軟骨細胞をさらす工程を含んでなる請求項１の方法
。
【請求項４】さらす工程が、ＩＩ型コラーゲンをコードする少なくとも一
つの標的遺伝子の発現をアップレギュレーションするように特異的且つ選択的シ
グナルにより発生させる電場に関節軟骨細胞をさらす工程を含んでなる請求項１
の方法。
【請求項５】さらす工程が、メタロプロテイナーゼの組織インヒビターを
コードする少なくとも一つの標的遺伝子の発現をアップレギュレーションするよ
うに特異的且つ選択的シグナルにより発生させる電場に関節軟骨細胞をさらす工
程を含んでなる請求項１の方法。
【請求項６】さらす工程が、メタロプロテイナーゼをコードする少なくと
も一つの標的遺伝子の発現をダウンレギュレーションするように特異的且つ選択
的シグナルにより発生させる電場に関節軟骨細胞をさらす工程を含んでなる請求
項１の方法。
【請求項７】さらす工程が、メタロプロテイナーゼの組織インヒビターを
コードする少なくとも一つの遺伝子の発現をアップレギュレーションするように
特異的且つ選択的シグナルにより発生させる電場に癌性組織をさらす工程を含ん
でなる請求項１の方法。
【請求項８】さらす工程が、メタロプロテイナーゼをコードする少なくと
も一つの遺伝子の発現をダウンレギュレーションするように特異的且つ選択的シ
グナルにより発生させる電場に細胞及び癌性組織をさらす工程を含んでなる請求
項１の方法。
【請求項９】用意する工程が、該少なくとも一つの標的遺伝子の所望の発
現が実質的に最適化されるまで特異的且つ選択的シグナルの振幅、継続期間、使
用サイクル、周波数及び波形の少なくとも一つを選択的に変える工程を含んでな
る請求項１の方法。
【請求項１０】遠隔供給源から特異的且つ選択的シグナルを与える工程を
さらに含んでなる請求項１の方法。
【請求項１１】アグリカン及びＩＩ型コラーゲンの少なくとも一つをコー
ドする少なくとも一つの第一の遺伝子の発現を変える第一の電場を用意すること
；及び第一の遺伝子の発現を選択的にアップレギュレーションするように前もって決定
した間隔で前もって決定した継続期間にわたって第一の電場に組織をさらすこと
、の工程を含んでなる変形性関節症を処置する方法。
【請求項１２】少なくとも一つの第二の遺伝子の発現を選択的にアップレ
ギュレーションすること及び／もしくはダウンレギュレーションする工程をさら
に含んでなる請求項１１の方法。
【請求項１３】用意する工程が、メタロプロテイナーゼもしくはメタロプ
ロテイナーゼの組織インヒビターをコードする第二の遺伝子の発現を変える少な
くとも一つの第二の電場を用意する工程を含んでなる請求項１２の方法。
【請求項１４】さらす工程が、メタロプロテイナーゼもしくはメタロプロ
テイナーゼの組織インヒビターをコードする第二の遺伝子の発現を調節するよう
に前もって決定した間隔で前もって決定した継続期間にわたって第二の電場に組
織をさらす工程を含んでなる請求項１３の方法。
【請求項１５】メタロプロテイナーゼもしくはメタロプロテイナーゼの組
織インヒビターをコードする少なくとも一つの遺伝子の発現を変える少なくとも
一つの第一の電場を用意すること；（ａ）メタロプロテイナーゼをコードする遺伝子の発現を選択的にダウンレギュ
レーションすること及び（ｂ）メタロプロテイナーゼの組織インヒビターをコー
ドする遺伝子の発現を選択的にアップレギュレーションすることの少なくとも一
つを行うように前もって決定した間隔で前もって決定した継続期間にわたって電
場に癌性細胞及び組織をさらすこと、の工程を含んでなる癌性組織を処置する方法。
【請求項１６】損傷もしくは罹病組織の少なくとも一つの遺伝子の発現に
特異的且つ選択的な少なくとも一つのシグナルを与えるシグナル供給源、及び損
傷もしくは罹病組織への該少なくとも一つの特異的且つ選択的シグナルの施用を
可能にするシグナル供給源に接続した電極を含んでなる損傷もしくは罹病組織の
処置のための装置。
【請求項１７】該シグナル供給源を動かす携帯用電力装置をさらに含んで
なる請求項１６の装置。
【請求項１８】損傷もしくは罹病組織の近くで患者の体に電極をつける手
段をさらに含んでなる請求項１６の装置。
【請求項１９】シグナルが力学的シグナルである請求項１６の装置。
【請求項２０】シグナルが電気的もしくは電磁気的シグナルである請求項
１６の装置。
【請求項２１】該シグナル供給源からの電気的もしくは電磁気的シグナル
を直流として、結合場として、容量結合もしくは誘導結合によって該損傷もしく
は罹病組織に施用する請求項２０の装置
【請求項２２】特異的且つ選択的シグナルが、６０ｋＨｚで約２０ｍＶ／
ｃｍの電場を生み出す請求項２０の装置。
【請求項２３】損傷もしくは罹病組織、癌または他の疾患状態の少なくと
も一つの遺伝子の発現を調節するように請求項１６の装置の特異的且つ選択的シ
グナルに組織もしくは細胞をさらす工程を含んでなる損傷もしくは罹病組織、癌
または他の疾患状態を処置する方法。
【請求項２４】所望のように既定タンパク質の細胞生産を増やすことが既
知であるかもしくはそれに影響を及ぼすと思われる出発シグナルを選択すること
、該既定タンパク質の最適生産を与える最適継続期間が見出されるまで該出発シ
グナルの施用の継続期間を選択的に変えること、該既定タンパク質の最適生産が
認められるまで最適継続期間にわたって出発シグナルの振幅を変えること、及び
該既定タンパク質の最適生産が認められるまでシグナルの使用サイクルを変える
ことの工程を含んでなる、特定の標的遺伝子を所望のように調節する選択的シグ
ナルを決定する方法。
【請求項２５】目的のタンパク質の遺伝子発現の最大増加が認められるま
で、他のシグナル特性を一定に保ちながら、該シグナルの周波数及び波形を選択
的に変えるさらなる工程を含んでなる請求項２４の方法。