JP2004516863A - 摂取可能な電子カプセル - Google Patents

Abstract

改良された新規の摂取可能カプセル（１０）、及び、消化器官内を通過すべく構成された非消化性外殻（２０）からなる摂取可能カプセルを使用して人間や動物の消化器官内から医学情報を測定する方法。マーカー膜（１２）は非消化性外殻の一部分を介して露出されている。マーカー膜は所定の検出可能情報を検出、識別する性能を有する。非消化性外殻内には、消化器官内からマーカー膜によって得られた特定情報があると電子特性を変化させるバイオセンサ（１４）、変化した電気特性の信号を体外の遠隔受信機に送信する低周波トランスジューサ（１６）、及びトランスジューサを駆動する小型電池（１８）、がハウジングされている。

Description

【０００１】
発明の分野
本発明は、医療分野において使用される新規の摂取可能電子カプセル、及び動物、特に人間の体内の医学的データを集積するために本カプセルを使用する方法、に関する。
【０００２】
発明の背景
医療分野で現在使用されている痛い侵襲的な処置をせずに医学情報を得て、病気特に癌を検出することは非常に望まれている。これらの処置の多くは非常に大きな緊張を引き起こし、極端な場合は、患者の治療を求める気持ちや初期診断の受診を抑制する。ある種の病気を診断するためには、侵襲的な処置、即ち切開手術や機器による観察等の体内の一部に入る医療が行われるのが一般的であり、針、柔軟性のある管、内視鏡等が使用され、又外科的処置が行われる。
【０００３】
これらの診断の多くは使用される特定の処置や装置、又、装置や処置の操作技師の技能に依存する。現在一般的な診断として代表的に使用されるツールは、大腸直腸癌（ＣＲＣ）の検出のための大腸鏡検査である。大腸鏡検査は、光ファイバ内視鏡による、大腸、回盲弁、末端回腸の部分の直接視覚検査を含むのが一般的である。大腸鏡検査は、資格を有する胃腸科専門医によって行われるのが一般的である。大腸鏡検査の際、患者は目覚めているが安静にしているのが一般的である。処置に際しては、柔軟性のある内視鏡が直腸に挿入され、胃腸管下部の様々な部分を経て進む。解剖学的に重要な場所が識別され、表面の潰瘍形成、ポリープ、出血部分、腫瘍、狭窄等が調べられる。識別された状況に応じて、大腸直腸癌や大腸の前癌状態が診断される。侵襲的処置においては多くの場合、厄介な問題が起こる。最も一般的な厄介な問題は、感染するまで診断が遅延している大腸の穿孔の存在である。穿孔は、特に管壁が弱っているときは、装置のチップによる機械的衝撃によって起こり得る。装置ではなくて、空気の吸引によって穿孔が起こる場合は少ない。しかしながら、日常業務において穿孔による重大問題が報告されている。更に問題として、出血が起こり、出血を凝固させるために大腸鏡検査を繰り返す必要がある。例は少ないが、血管造影や外科処置が必要な場合もある。更に一般的でない問題であるが、慢性肺疾患の患者の過鎮静による呼吸器官の機能低下がある。
【０００４】
他の一般的な診断は、直腸の指診、検便による便潜血試験（ＦＯＢＴ），バリウム注腸Ｘ線、内視鏡のＳ状結腸鏡を含む。これらの処置はすべて癌の状況を診断するために使用される。内視鏡のＳ状結腸鏡、直腸、Ｓ状結腸、および大腸の近位部（６０ｃｍ）の直接検査は、柔軟性のある光ファイバ内視鏡によって行われる。その処置は医院で腸の最小の前処理を行った後になされる。３５ｃｍの鏡は対応する大腸鏡検査よりも快適で安価である。しかし、この装置の効力は少々低く、悪性や悪性前期の大腸損傷の４０％が診断されるのみである。
【０００５】
これらの処置のすべては侵襲的処置であり、患者に高レベルの不快感を与える。従って、癌や非常に初期段階の癌等の疾患や状況を検出し得る非侵襲的処置が望まれる。
【０００６】
更に、医学分野では医学的疾患を検出し診断する、高信頼性の非侵襲的処置の必要性が認識されている。最近、「ラジオピル」（ｒａｄｉｏ ｐｉｌｌ）が出現した。このピルは体の要素をモニターする手段を備え、埋め込みか摂取が可能で、体外へ情報を伝達し得る。これらのデバイスの多くは情報を得るのが厄介で、信頼性が無く、一般に、ピルの配置場所を決定しない。
【０００７】
医学分野では、多くの癌検出手段が知られている。その一つは癌マーカーである。癌を含む多種の疾患を検出する有効なスクリーニング法を開発するためには、適切な高信頼性の診断マーカーが必須である。そのようなマーカーには一般に、物理的、遺伝子的、および化学的の３つのカテゴリーがある。医学分野で、大腸の癌ポリープの発達の初期段階を検出するために現在使用されている方法の１つは、大腸鏡検査や柔軟性Ｓ状結腸鏡に関して前述した、内視鏡画像技術を使用した腸の内表面の物理的性能評価である。物理的マーカーと遺伝子的マーカーとは生体内検出法を使用して評価することは困難である。物理的マーカーでは、位置制御、胃腸管内容物の観察への干渉、および大量のデータ伝送に対応する必要がある。遺伝子的マーカーでは、ＤＮＡ解析の複雑さや非常に小さい検出器中での検出のために、追跡は困難である。従って、体内モードの検出を追跡するためには化学的検出が最も道理に適っている。
【０００８】
従って、本発明の目的は、化学的マーカーを使用して医学的状況を検出し、診断するための装置を提供することである。
本発明の他の目的は、使用される診断的マーカーに基く所定の因子を検知して反応し、体外にある遠隔の受信機に診断情報を伝送する、カプセル等の摂取可能な装置を提供することである。
【０００９】
本発明の更に別の目的は、体内に、化学的マーカーを使用して所定の状況を検出し、その感知した情報を伝送することが可能な摂取可能カプセルを導入することにより、情報を受信し、医学的状況を診断する方法を提供することである。
【００１０】
これらの必要性は、人間や動物の消化器官内からの医学情報を判断するために、消化器官を通るべく構成された非消化性外殻を含む摂取可能なカプセルを提供することにより殆ど満たされる。マーカー膜は非消化性外殻の部分を介して露出される。マーカー膜は、所定の検出可能情報を検出し、識別する性能を有する。マーカー膜は、カプセルが通過する周囲の環境に対して露出した部分を含む。外殻内には、ハウジングされたマーカー膜によって得られた、消化器官内からの特定の情報を受けて電子特性を変化させるバイオセンサ、変化した電子特性の信号を体外に送信する低周波トランスジューサ、およびトランスジューサを駆動するための小型電池がハウジングされている。
【００１１】
更に、所定の検出可能情報を識別するためのマーカー膜あるいはレセプタ、マーカー膜によって得られた特定の情報によって電子特性を変化させるバイオセンサ、変化した電子特性の信号を体外に送信する低周波トランスジューサ、およびトランスジューサを駆動するための小型電池、を含むカプセルを摂取することによって診断的医学情報を得るための方法も開示している。バイオセンサは、マーカー膜あるいはレセプタが試験体中の対象物質に反応したときに生ずる電気信号に応答する。この電気信号の変化はトランスジューサによって認識され、体外に位置する受信機に信号が提供される。
【００１２】
好ましい実施例の詳細説明
本説明を通じて、本発明を示す複数の図において、同じ番号は同じ部品を特定するために使用されている。図１は本発明による摂取可能カプセルの簡単化した断面図を示す。より具体的には、図１に示されたものは摂取可能カプセル１０および、摂取可能カプセル１０でハウジングされた部品の相互関係である。摂取可能カプセル１０は、化学的マーカー膜１２、電子バイオセンサ１４、トランスジューサ１６、および小型電池電源等の電源１８を含むのが一般的である。部品１２、１４、１６、および１８は、酵素、抗原、抗体、特定のＰＨレベル、等の所定の因子や状況を検出すべく相互に関連している。
【００１３】
代表的な操作においては、「患者」は従来のピル／カプセルと同様に、摂取可能カプセル１０を飲み込み、カプセル１０は蠕動運動と呼ばれる自然の収縮によって消化器官を進んで行く。マーカー膜１２は、酵素、抗原、抗体、ＰＨ、等のレベル等の特定の状況の存在を検出すべく形成されている。バイオセンサ１４はマーカー膜１２と相互に関連し、マーカー膜１２によって得られた特定の情報によって電子特性を変化させる特徴を有し、電源１８をスイッチオンして電気信号にする。低周波トランスジューサ１６は電気特性の変化と電源とによってスイッチオンされ、体外にその変化した電気特性の信号を送信する性能を有する。所定の因子や条件の存在を意味するこの変化した電気信号は無線周波数信号の形で、トランスジューサによって体外にある受信機２２に送信される。
【００１４】
カプセル１０は十分小型に製造されているので、人間や動物が容易に飲み込み得る。一般にカプセル１０は１１×３０ｍｍ以下、即ち、約１インチ長以下と１／２インチ幅以下で作製され、気密封止された非消化性外殻２０からなり、露出されたマーカー膜１２を有し、消化器官を容易に通り得るような形状をしている。マーカー膜１２は消化器官内の周囲環境に露出していると述べたが、この開示ではマーカー膜１２が初期には可溶性材料で覆われていてもよい。特に、マーカー膜１２は初期には、消化器官との関連で特定の時間／地点でマーカー膜１２を露出すべく溶解する可溶性膜（不図示）によって覆われていてもよい。カプセル１０は更なる診断のために、光部品等を追加で含み得るが、その外部に、ワイヤ、ファイバ、光バンドル、ケーブル等を含まない。前述のように、カプセル１０は蠕動運動、即ち自然収縮、によって推進されて胃腸管を通るのであり、腸管を通って推進するためのなんらの押す力も要しない。
【００１５】
カプセル１０の動作の前提はバイオセンシングである。一般にバイオセンシングは、酵素、細胞、抗体、抗原、等の生物学的材料を含み、生物学的物質（受容体）が試験体中の特定の物質と相互作用したときに電気信号を発生し得るトランスジューサと接続している。本発明のカプセル１０で使用され得る検知方法は数種類ある。特に、本発明のカプセル１０においては、マーカー膜１２はある所定の条件や物質の存在を検出するために使用される。開示されたマーカー膜１２は化学的マーカーを含み、それはイオン検知電場効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）として形成され、マーカー膜１２はＩＳＦＥＴ中で、トランジスタのゲート上に成膜された機能膜として形成される。この膜は、癌前駆体を表すもの等を検出するために探していた特定の化学物質に応答する。その化学物質が検出されると、検出され得るＩＳＦＥＴからある応答を引き出す。特に、マーカー膜１２と化学物質との相互作用によってＦＥＴの電気的挙動が変化する。グルコース、アスコルビン酸、クエン酸、ＰＨ等の適当な化学物質の存在を決定するために、このＦＥＴの応答の変化がモニターされる。使用され得る化学的マーカーの例は、Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，Ｂ ４９（１９９８）の２５３〜２５７頁の、Ｖ．ボルトスキー（Ｖｏｌｔｓｋｙ）とＮ．キム（Ｋｉｍ）の論文「２つのＩＳＦＥＴ多酵素検出器によるグルコース、アスコルビン酸、およびクエン酸の検出」、Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、１３（１９９８）の１０２３〜１０２８頁のＪ．リュー（Ｌｉｕ）、Ｌ．リャン（Ｌｉａｎｇ）、Ｇ．リ（Ｌｉ）、Ｒ．ハン（Ｈａｎ）、Ｋ．チェン（Ｃｈｅｎ）の論文「ペニシリンの決定のためのＨ＋ＩＳＦＥＴに基くバイオセンサ」、および、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｂｉｏｍｅｄｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ、Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．４（１９９１），３５３〜３５６頁の、Ｌ．Ｌ．ビッシュ（Ｖｉｓｃｈ）、Ｐ．ベルグベルド（Ｂｅｒｇｖｅｌｄ）、Ｗ．ランプレヒト（Ｌａｍｐｒｅｃｈｔ）、および、Ｅ．Ｊ．グラベンメード（Ｇｒａｖｅｎｍａｄｅ）の論文「ＩＳＦＥＴによる口腔乾燥症の患者の口中のＰＨ測定」等で見出される。
【００１６】
膜１２と接続して使用され得る他のタイプのマーカーは、機能性電極上のインピーダンス測定による。この場合、白金、金、および他の金属電極が、感知されるべき化学物質や生物物質に感知する分子で被覆される。反応が起こると、電極上にあるその分子は化学物質と結合して感知し、電極のインピーダンス（即ち電気伝導度）が変化する。これはバイオセンサ１４の電子部によって検知され、信号はトランスジューサ１６によって発生する。このタイプのマーカーの例は、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃ５，（１９９７）の１１１〜１１９頁のＳ．アミュー（Ａｍｅｕｒ）、Ｈ．モーパス（Ｍａｕｐａｓ）、Ｃ．マーテレット（Ｍａｒｔｅｌｅｔ）、Ｎ．ジャフレズィック−ルノー（Ｊａｆｆｒｅｚｉｃ‐Ｒｅｎａｕｌｔ）、Ｈ，ベンオウアダ（Ｂｅｎ Ｏｕａｄａ）、Ｓ．コスニア（Ｃｏｓｎｉｅｒ）、Ｐ．ラッベ（Ｒａｂｂｅ）の論文「分極された機能性白金電極のインピーダンス測定」、および、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １２ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ、および、９ｔｈ ＵＫ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ （１９９８）Ｖｏｌ．，２，７９７〜８００の、Ｓ．アミュー（Ａｍｅｕｒ）、Ｃ．マーテレット（Ｍａｒｔｅｌｅｔ）、Ｊ．Ｍ．チョベロン（Ｃｈｏｖｅｌｏｎ）、Ｈ，ベンオウアダ（Ｂｅｎ Ｏｕａｄａ）、Ｎ．ジャフレズィック−ルノー（Ｊａｆｆｒｅｚｉｃ‐Ｒｅｎａｕｌｔ）、Ｄ．バービア（Ｂａｒｂｉｅｒ）の論文「抗体部分で機能化された金電極を使用した抗原の敏感性電気化学的検出」で論じられている。
【００１７】
この２種類は最も一般的に使用される、生物学的マーカーを使用した電気化学的検知装置である。更に、生物学的方法が蛍光性や放射性分子を捉え、ＭＲＩや鏡や他の光検知法によって画像化される場合等の、生物学的目標の従来の方法は本発明の摂取可能カプセルにおいても使用され得る。
【００１８】
化学的マーカー膜１２が、検出されるために探していた疾患に選択性のある抗体、抗原、或いは状況の存在を検出すると、信号はバイオセンサ１４によって発生する。この信号はトランスジューサ１６に伝送され、超音波周波数や、検出域や受信機の感度によって、可聴周波数からマイクロ波周波数の範囲で外部の受信機２２に無線周波数信号が提供される。
トランスジューサ１６はセラミクス製やプラスチック製の小型トランスジューサである。トランスジューサ１６は１．５〜３．０ボルトという非常な低電圧で使用されるべく製造されている。
【００１９】
操作の際、電気伝導度やバイオセンサ１４の電位が変化する。この電気特性の変化によってスイッチがオンされ、電源１８からトランスジューサ１６へ電力が供給される。トランスジューサ１６は化学マーカー膜１２を活性化する領域を通過した時に信号を発する。摂取可能カプセル１０が、化学マーカー膜１２が応答する領域から離れると、スイッチはオフされる。従って、応答度が増加するにつれて重症度が増大する。この開示によって、化学マーカーを変化させた多くのマーカー膜１２が使用され得て、それによって同時に複数の状況を診断するツールとして機能することが期待される。更に任意選択で、所与の時間に消化器官中でのカプセル１０の具体的な位置を決定するための、位置指示器（不図示）が含まれ得る。
【００２０】
図２は本発明の摂取可能カプセルの簡略化した電子概略回路ダイアグラムを示す。マーカー膜１２とバイオセンサ１４、電源１８を含む駆動回路３２、及びトランスジューサ１６を含むトランスジューサ回路３４、からなるセンサ回路３０を破線で示した。操作の際、センサ回路３０による検出即ち信号の発生が無い場合、トランスジューサ１６をオンするのに十分の電力が無い。マーカー膜が特定の物質を検出して反応することによりバイオセンサ回路３０が「オン」すると、トランスジューサ回路３４は「オン」してトランスジューサ１６を駆動するのに十分な電力を供給し、受信機２２に信号を提供する。
【００２１】
バイオセンサスイッチを介してトランスジューサを接続した、電池等の小型電源を含む摂取可能カプセルを開示した。バイオセンサの電気伝導度や電位等の電気特性が変化した時にスイッチオンされ、電力がトランスジューサに供給される。次に、所定の物質が識別された領域を通過した時に、トランスジューサは信号を外部にある受信機に発信する。
【００２２】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基く摂取可能カプセルに断面図。
【図２】本発明に基く摂取可能カプセルの簡略化した回路ダイアグラム。

Claims (10)

1. 非消化性外殻の一部分を介して露出され、所定の検出可能情報を識別する性能を有するマーカー膜と、
   消化器官内から該マーカーによって得られた特定情報によって電子特性を変化させるバイオセンサと、
   変化した電気特性の信号を体外に送信する低周波トランスジューサと、
   トランスジューサを駆動する電源と、
   が内部にハウジングされている、消化器官を通過すべく構成された非消化性外殻からなる、人間や動物の消化器官内から医学情報を測定するための摂取可能カプセル。
2. マーカー膜が化学マーカーからなる請求項１に記載の人間や動物の体内の医学情報を測定するための摂取可能カプセル。
3. 化学マーカーが所定の条件に反応して、酵素、抗原、或いは抗体のレベルとして性能評価される請求項１に記載の人間や動物の体内の医学情報を測定するための摂取可能カプセル。
4. バイオセンサが化学マーカーに応答して電気信号を提供し、電源をオンする請求項３に記載の人間や動物の体内の医学情報を測定するための摂取可能カプセル。
5. 電源が小型電池である請求項１に記載の人間や動物の体内の医学情報を測定するための摂取可能カプセル。
6. トランスジューサがセラミク材料或いはプラスチック材料上に形成された小型トランスジューサからなる請求項１に記載の人間や動物の体内の医学情報を測定するための摂取可能カプセル。
7. トランスジューサが外部の遠隔受信機に無線周波数を放射する請求項１に記載の人間や動物の体内の医学情報を測定するための摂取可能カプセル。
8. トランスジューサが外部の遠隔受信機に可聴信号を放射する請求項１に記載の人間や動物の体内の医学情報を測定するための摂取可能カプセル。
9. 化学マーカーを含み、非消化性外殻の一部分を介して露出され、所定の検出可能情報を識別する性能を有するマーカー膜と、
   消化器官内から化学マーカー膜によって得られた特定情報によって電子特性を変化させるバイオセンサと、
   変化した電気特性の信号を体外の遠隔受信機に送信する低周波トランスジューサと、
   トランスジューサを駆動する小型電池と、
   が内部にハウジングされている、消化器官を通過すべく構成された非消化性外殻からなる、人間や動物の消化器官内から医学情報を測定するための摂取可能カプセル。
10. 化学マーカーおよび所定の検出可能情報を識別する性能を有するマーカー膜と、化学マーカー膜によって得られた特定情報によって電子特性を変化させるバイオセンサと、変化した電気特性の信号を送信する低周波トランスジューサと、トランスジューサを駆動する小型電池と、を備えるカプセルを摂取する工程と、
    トランスジューサからの信号を受信する性能を有する受信機を遠隔に配置する工程と、
    からなる診断的医学情報を得るための方法。

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