JP2005287979A - Immunoactivation apparatus - Google Patents

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JP2005287979A
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Takeshi Nishisaka
剛 西坂
Asuka Iwanaga
飛鳥 岩永
Akiko Kobayashi
亜紀子 小林
Masayoshi Wakita
政嘉 脇田
Hidenori Mimura
榮紀 三村
Seiji Sugiyama
征司 杉山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To clarify the most suitable light source means to activate an immune system and a construction method of the same by clarifying a mechanism of optical action affecting the immune system. <P>SOLUTION: The apparatus emits a pulsed laser beam with a wavelength of 1.4-2.5 μm to activate Langerhans cell which subcutaneously exists. Thereby, an internal immune system is activated and a tumor can be contracted so that the apparatus is effective for immunodeficiency and tumor reduction. The intensity of energy density and a laser output are selected on the basis of an interaction between the light and a biological cell. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光学的、機械的手段あるいは免疫活性薬剤,免疫活性機能性食品等を併用することにより生体の免疫活性をもたらす装置に関する。  The present invention relates to an apparatus that brings about an immune activity of a living body by using optical and mechanical means or an immunoactive agent, an immunoactive functional food, and the like together.

生体と光との相互作用による治療効果は古くから知られている。特に日本においては「光線治療器」という名称で知られるカーボン電極に電流を流すことで生ずる発光を用いて、人体の治療に使用する方法が知られており現在も鍼灸治療法の一手段として使用されている。  The therapeutic effect by the interaction between the living body and light has been known for a long time. In particular, in Japan, there is a known method of using the luminescence generated by passing an electric current through a carbon electrode known as a “phototherapy device” to treat the human body, and it is still used as a means of acupuncture. Has been.

光線治療器においては、広範囲な症状に対して効果があるとされている。光線治療器には痛み、かゆみ、アレルギー性疾患、潰瘍、炎症性疾患などに有効であるとされている。(非特許文献1)  Phototherapy devices are said to be effective against a wide range of symptoms. Phototherapy devices are said to be effective for pain, itching, allergic diseases, ulcers, inflammatory diseases, and the like. (Non-Patent Document 1)

一方、ここ20年以上前からレーザーを使用した新規な医療装置が臨床使用されてきている。公知のように医療レーザーとして実用化されているレーザーは、炭酸ガスレーザー、Nd:YAGレーザー、ルビーレーザー、半導体レーザーなど多くの種類に及びその発振波長も紫外域から遠赤外域までに及んでいる。これらのレーザー光による適用例は生体の切開、蒸散、凝固および止血などである。  On the other hand, new medical devices using lasers have been clinically used for more than 20 years. As is well known, lasers that have been put into practical use as medical lasers are of many types, such as carbon dioxide lasers, Nd: YAG lasers, ruby lasers, and semiconductor lasers, and their oscillation wavelengths range from the ultraviolet region to the far infrared region. . Examples of applications using these laser beams are incision, transpiration, coagulation, and hemostasis of a living body.

光と生体との相互作用には前記適用例に加えて低出力エネルギーによる細胞レベルへの効果が知られている。低出力エネルギーによる生体作用には疼痛緩和、創傷治癒促進効果などが知られており、作用機序を含めて有効性などが広範囲に研究され、すでに臨床においてもこれらの装置が普及している。
また光と生体との相互作用のメカニズムにおいては(1)コラーゲン産生機構、(2)細胞活性化機構などが知られており、いずれにおいても光照射によって、細胞破壊を生ずることなしに、照射細胞に特定の作用を及ぼすことが知られている。
In addition to the above-described application examples, the effect of low output energy on the cell level is known for the interaction between light and a living body. Biological action by low output energy is known to be pain relief, wound healing promoting effect, etc., and its effectiveness including the mechanism of action has been extensively studied, and these devices have already spread in clinical practice.
As for the mechanism of interaction between light and living body, (1) collagen production mechanism, (2) cell activation mechanism, etc. are known. In any case, irradiated cells do not cause cell destruction by light irradiation. It is known to have a specific effect on.

繊維芽細胞にレーザー光を照射をすると、細胞内のcGMP(タンパク産生回路)には光刺激依存性があり,この結果コラーゲンの産生増強がおこることが明らかになっている。実際に細胞実験において照射エネルギー5.4J/cm2(波長632.8nm)ではコントロールに比較して1.5倍のプロコラーゲン産生が得られた。一方、15J/cm2の場合にはわずかに低く1.4倍の産生であった。
また、細胞活性化においては連続光よりもパルス照射のほうが有効であることが知られている。基本になっているのはArndt Rudolph とSchultz Hugoによる法則である。すなわち「あらゆる刺激は、それが非常に弱い刺激である場合、生体の反応を刺激することはない。しかし、ある刺激域に達すると、生体の反応を促進させ、強い刺激は逆に抑制させる。さらに強い刺激は、生体の反応を停止させる」というものである。この法則は経験的にも実証できる場合がある。
It has been shown that when fibroblasts are irradiated with laser light, the intracellular cGMP (protein production circuit) is dependent on light stimulation, resulting in enhanced collagen production. Actually, in the cell experiment, a production of procollagen 1.5 times that of the control was obtained at an irradiation energy of 5.4 J / cm 2 (wavelength 632.8 nm). On the other hand, in the case of 15 J / cm 2, the production was slightly lower and 1.4 times.
In addition, it is known that pulse irradiation is more effective than continuous light for cell activation. The basis is the law of Arndt Rudolph and Schultz Hugo. “Any stimulus does not stimulate the body's response if it is a very weak stimulus. However, when it reaches a certain stimulation zone, it promotes the body's reaction and conversely suppresses a strong stimulus. A stronger stimulus stops the biological reaction. This law may be empirically verified.

ロシア科学アカデミーのKaru TIは可視赤色光に対する生物学的光反応モデルを提唱している。細胞内のミトコンドリア内にある呼吸連鎖の化合物であるフラビンデヒドロゲナーゼ、チトクローム、チトクロームオキシダーゼなどが光エネルギーを吸収すると、ミトコンドリアが活性化され、NADが増加し、高い代謝状態になりATPを増加させ、これを細胞質に放出し、ミトコンドリアと細胞質の酸化還元状態を変化させる。光を介した一連の現象は細胞内で起こり、細胞膜内外での流れであるカルシュウムイオンに影響を与え、信号が増幅され、核にも影響をあたえ、RNA,
DNAの合成を促進させ、細胞の分化に影響を与えるとしている(非特許文献1)。またアメリカのSmith KCは同様なモデルを提案し、可視赤色光と類似した作用によって、細胞分化をもたらすとしている(非特許文献2)。
また、Young SRらはマクロファージによるカルシュウム取り込みの光照射効果を検討した。これは低出力レーザーによる生物学的な影響を明らかにしたものであって、光照射によって細胞活性が生じ、特に光波長、エネルギー密度、周波数による影響を調べた(非特許文献3)。この結果として光波長としては600−900nm、エネルギー密度としては最大4−8J/cm2に、周波数としては5−5000Hzで細胞活性化が生じた。このデータは今までに得られている関係する傷の修復、痛みなどに関連する臨床的照射条件にほぼ等しく、したがって照射条件を決める基礎とみなすことができる。
Russian Academy of Sciences Karu TI has proposed a biological photoresponse model for visible red light. When flavin dehydrogenase, cytochrome, cytochrome oxidase, etc., which are respiratory chain compounds in the mitochondria in the cell, absorb light energy, the mitochondria are activated and NAD increases, resulting in a high metabolic state and increased ATP. Is released into the cytoplasm, changing the redox state of mitochondria and cytoplasm. A series of light-mediated phenomena occur inside the cell, affecting the calcium ions that flow inside and outside the cell membrane, amplifying the signal, affecting the nucleus, RNA,
It promotes DNA synthesis and affects cell differentiation (Non-patent Document 1). In addition, Smith KC of the United States has proposed a similar model, which says that cell differentiation is caused by an action similar to that of visible red light (Non-patent Document 2).
Young SR et al. Also examined the light irradiation effect of calcium intake by macrophages. This clarifies the biological effect of the low-power laser, and cell activity is caused by light irradiation, and in particular, the influence of the light wavelength, energy density, and frequency was investigated (Non-patent Document 3). As a result, cell activation occurred at an optical wavelength of 600-900 nm, an energy density of 4-8 J / cm 2 at maximum, and a frequency of 5-5000 Hz. This data is approximately equivalent to the clinical irradiation conditions related to related wound repair, pain, etc. obtained so far, and can therefore be regarded as the basis for determining the irradiation conditions.

光と生体作用において生体の免疫活性についてはほとんど研究されていなかったが,前記光と細胞の作用において免疫をつかさどる細胞に対しても当然ある種の作用をもたらすという可能性は予測されている。これに関連して「免疫システムを刺激し、細胞レベルでの治癒を発生するための方法および装置」が開示されている(特許文献1)。この方法は免疫システムを刺激する方法として治療すべき疾患の皮膚にチューブあるいはガイドを通して1917nm近傍の波長を有する赤外線照射を行うことで、治癒を促進させるように免疫システムに刺激を与え、正常な細胞に害を及ぼすことなしに細胞レベルでの治癒を可能とする装置についてのものである。  Although there has been little research on the immune activity of the living body in light and biological action, it is predicted that it will naturally have some kind of action on the cells responsible for immunity in the action of light and cells. In relation to this, a “method and apparatus for stimulating the immune system and generating healing at the cellular level” has been disclosed (Patent Document 1). This method stimulates the immune system to promote healing by irradiating the skin of a disease to be treated as a method of stimulating the immune system with an infrared ray having a wavelength near 1917 nm through a tube or a guide, thereby stimulating the immune system. It is about a device that allows healing at the cellular level without harming the body.

前記装置による光と生体作用については生体内のT細胞を含む免疫システムが刺激され、照射部位を選択することで骨髄におけるB細胞の生産を促すとされる。このような作用をもたらす装置は非コヒーレント光であって、その波長範囲は1800-2400nmであり、照射光は7.5Hzのパルス照射を推奨している。照射エネルギーとして平均照射径10mmに10ー200mWを設定している。  Regarding the light and biological action by the device, the immune system including T cells in the living body is stimulated, and the production of B cells in the bone marrow is promoted by selecting the irradiation site. The device that brings about such an action is non-coherent light, the wavelength range is 1800-2400 nm, and the irradiation light recommends pulse irradiation of 7.5 Hz. The irradiation energy is set to 10 to 200 mW with an average irradiation diameter of 10 mm.

以上詳細に説明したように、免疫システムへの刺激作用は非破壊的な細胞作用であるがその作用機序の詳細およびなぜ非コヒーレント光が有効であるかは明らかになっていないのが現状である。   As explained in detail above, the stimulating action on the immune system is a non-destructive cellular action, but the details of the mechanism of action and why non-coherent light is effective are not clear at present. is there.

手術療法,抗癌剤投与,放射線療法などでは生体の免疫システムの低下は避けられないが、この低下に対して免疫の活性手段として免疫活性薬剤や免疫活性機能性食品あるいは他の手段などが単独あるいは複数相補的に用いられることもある.本発明はこれら手段と併用することにより更なる効果の向上が期待できる。
特表2002ー519162号公報 「可視総合光線治療」財団法人光線研究所刊 Karu TI,Biological action intensity visible monochromatic light and some of its medicalapplications. Laser ed. by Galletti G, p 381, Monduzzui Editore, Bologna, 1985 Smith KC, Thephotobilogical basis of low level laser therapy. Laser 3巻, 19頁,1991年 Young SR, DysonM and Bolton P,Effect of Light on Calcium Uptake by Macrophages, Laser Therapy,2巻,53ー57頁, 1990年
Surgery, anticancer drug administration, and radiation therapy inevitably cause a decline in the immune system of the living body. However, immunologically active drugs, immunologically active functional foods, or other means may be used alone or in combination as a means of immunization against this decline. Sometimes used in a complementary manner. The present invention can be expected to further improve the effect when used in combination with these means.
Special Table 2002-519162 "Visible Comprehensive Phototherapy" published by Ray Research Institute Karu TI, Biological action intensity visible monochromatic light and some of its medical applications.Laser ed.by Galletti G, p 381, Monduzzui Editore, Bologna, 1985 Smith KC, Thephotobilogical basis of low level laser therapy. Laser 3, 19, 1991 Young SR, DysonM and Bolton P, Effect of Light on Calcium Uptake by Macrophages, Laser Therapy, 2, 53-57, 1990

解決しようとする課題は、免疫システムに及ぼす光作用機序を明らかにし、最適な光源手段とその構成方法を提供するものである。  The problem to be solved is to clarify the mechanism of light action on the immune system, and to provide an optimal light source means and a method for constructing it.

本発明は、免疫システムに及ぼす光照射条件を動物実験によって明らかにし、最適な光源手段としてレーザー装置、導光・照射手段、照射条件を確立することを最も主要な課題とする。  The main object of the present invention is to clarify the light irradiation conditions exerted on the immune system by animal experiments, and to establish a laser device, light guide / irradiation means, and irradiation conditions as the optimum light source means.

本発明の免疫活性化装置は,現在主要な癌治療法である手術療法、抗がん剤治療および放射線治療後における免疫システムの低下をもたらす作用を減少させ、また他の免疫活性法に相加的、相乗的にがん治療方法の安全性、有効性をもたらすと共に、単独使用においては腫瘍増殖を低下させる効果を持つという利点がある。  The immune activation device of the present invention reduces the effect of lowering the immune system after surgical treatment, anticancer drug treatment, and radiation treatment, which are currently the main cancer treatment methods, and is in addition to other immune activation methods. As a result, the cancer treatment method is safety and effectiveness synergistically and synergistically, and when used alone, there is an advantage that it has an effect of reducing tumor growth.

生体細胞に光照射をする場合には、光と細胞との相互作用を考慮する必要がある。この場合の相互作用は照射エネルギー(J/cm2)、照射時間、および照射出力密度(W/cm2)が関係することは良く知られている。細胞への照射エネルギー、出力密度については生体表面での反射率、吸収係数、散乱係数などの相違によって、レーザー光が生体内にどの程度伝達されるかが規定される。
一般的には可視光域では血液中のヘモグロビン、メラニン吸収が強くまた、透過光の吸収以外にも散乱が強く生じ、このために照射光作用は複雑になる。概してこの波長域の光は生体内部にまで透過される。これに反して1μm以上の赤外光はヘモグロビン、メラニンなどの吸収および散乱作用が少なくなり、逆にOHによると思われる吸収が強く作用する。この結果、光透過距離は非常に短くなり光の作用は皮膚表面に限定される。
細胞と光との相互作用,特に細胞活性化については前記Young SRらが検討しているが、一般的には効果的な条件はほぼ次の範囲に存在しているようである。
エネルギー密度:4ー8J/cm2
照射条件:5ー100Hz
もちろんこの値は一般的であって概略的なものである。免疫システムを刺激する方法の前記特許によれば、最適照射条件は以下に記載される。
波長:1.917nm
周波数:7.5Hz
照射エネルギー密度:14J/cm2 (出力200mW,周波数7.5Hz,on
:25ms、 照射面積10mm円状、照射時間5分)
この照射エネルギー密度は最大値であり最小値ではこの十分の一程度であって、どの条件を選択するかは治療対象によって異なる。いずれにしても、細胞に対しての照射条件としては上記の範囲にあると想定できる。
When irradiating light to living cells, it is necessary to consider the interaction between light and cells. It is well known that the interaction in this case is related to irradiation energy (J / cm 2), irradiation time, and irradiation power density (W / cm 2). As for the irradiation energy and output density to the cells, how much laser light is transmitted into the living body is defined by the difference in reflectance, absorption coefficient, scattering coefficient, etc. on the living body surface.
In general, in the visible light region, hemoglobin and melanin in blood are strongly absorbed, and scattering is generated in addition to the absorption of transmitted light, which complicates the irradiation light action. In general, light in this wavelength range is transmitted into the living body. On the other hand, infrared light of 1 μm or more has less absorption and scattering action of hemoglobin, melanin, etc., and on the contrary, absorption which seems to be due to OH acts strongly. As a result, the light transmission distance becomes very short and the action of light is limited to the skin surface.
Young SR et al. Have studied the interaction between cells and light, particularly cell activation. In general, effective conditions seem to exist in the following range.
Energy density: 4-8J / cm2
Irradiation conditions: 5-100Hz
Of course, this value is general and approximate. According to said patent on the method of stimulating the immune system, the optimal irradiation conditions are described below.
Wavelength: 1.917nm
Frequency: 7.5Hz
Irradiation energy density: 14 J / cm2 (output 200 mW, frequency 7.5 Hz, on
: 25ms, irradiation area 10mm circle, irradiation time 5 minutes)
This irradiation energy density is a maximum value, which is about one tenth of the minimum value. Which condition is selected depends on the treatment target. In any case, it can be assumed that the irradiation conditions for the cells are in the above range.

皮膚への光吸収・散乱との関係については光と生体との相互作用を考察する場合の重要なパラメータである。一般的な可視光範囲では生体内では酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビン、およびメラニンが主な吸収物質として知られている。免疫システムに及ぼす光照射作用を考慮する場合には生体内部まで光を伝達することによる免疫細胞の刺激および生体表面直下での免疫細胞の刺激が考えられる。しかしながら、生体内部での免疫細胞は主として血液、リンパ管、消化管,肺,他の臓器およびその周辺のリンパ組織中に存在するため、光が内部まで透過させる必要がある。生体内に深く透過させるには可視光が有用であるが、この場合には前記血液中のヘモグロビン、酸化ヘモグロビンおよびメラニン色素に吸収されるため、目的とする免疫細胞に対して光照射が可能であるかどうかは疑問がある。  The relationship between light absorption and scattering on the skin is an important parameter when considering the interaction between light and a living body. In the general visible light range, oxygenated hemoglobin, reduced hemoglobin, and melanin are known as main absorbents in vivo. When considering the light irradiation effect on the immune system, stimulation of immune cells by transmitting light to the inside of the living body and stimulation of immune cells directly under the surface of the living body can be considered. However, since immune cells in the living body mainly exist in blood, lymphatic vessels, digestive tracts, lungs, other organs, and surrounding lymphoid tissues, it is necessary to transmit light to the inside. Visible light is useful for penetrating deeply into the living body. In this case, it is absorbed by hemoglobin, oxygenated hemoglobin, and melanin pigment in the blood, so that the target immune cells can be irradiated with light. There is doubt whether there is.

一方、免疫に関与する細胞として近年注目されるものとしてランゲルハンス細胞(樹状細胞)がある。このランゲルハンス細胞は皮膚直下に存在し、体表面に広く分布している。このランゲルハンス細胞の機能としては皮膚外から侵入してきた細菌、ウイルスなどの捕捉による抗原提示、免疫反応の誘発、T細胞誘発など体内に免疫システムにおいて重要な役割をしていることが明らかにされつつある。本発明においてはこのランゲルハンス細胞が光照射によって活性化ないし細胞分化によるランゲルハンス細胞を増加させ、その結果として体内の免疫システムが活性化されるという事実によって実施されたものである。  On the other hand, Langerhans cells (dendritic cells) are recently attracting attention as cells involved in immunity. The Langerhans cells are present directly under the skin and are widely distributed on the body surface. The functions of the Langerhans cells have been revealed to play an important role in the immune system in the body, such as antigen presentation by capturing bacteria, viruses, etc. that have entered from outside the skin, induction of immune responses, and induction of T cells. is there. In the present invention, the Langerhans cells are activated by light irradiation or increase the Langerhans cells by cell differentiation, and as a result, the immune system in the body is activated.

樹状細胞は多くの長い腕をもつ免疫細胞の一種で、さまざまな組織に見られる。特に皮膚や粘膜に多く、皮膚の表皮層に分布している樹状細胞を特にランゲルハンス細胞と称している。この樹状細胞はごくわずかな抗原を見つけ出し、効率よく捕まえて抗原提示する。抗原を提示した樹状細胞は血液に乗って脾臓に向かうほか、リンパ液と共にリンパ節へ向かい、成熟し、抗原を抱えたMHC分子を未感作T細胞に提示する。免疫刺激細胞となった樹状細胞は抗原を未分化T細胞に提示し、ヘルパーT細胞を活性化させる。活性化したヘルパーT細胞はリンホカインを産生し、B細胞に抗体産生を誘導、マクロファージを活性化あるいは、細胞障害性T前駆細胞を細胞障害性リンパ球にする。  Dendritic cells are a type of immune cell with many long arms and are found in various tissues. Dendritic cells that are particularly abundant in the skin and mucous membranes and distributed in the epidermis layer of the skin are called Langerhans cells. These dendritic cells find very few antigens, capture them efficiently, and present them. The dendritic cells presenting the antigen ride on the blood to the spleen and to the lymph nodes together with the lymph, mature, and present the antigen-bearing MHC molecule to naive T cells. Dendritic cells that have become immunostimulatory cells present antigen to undifferentiated T cells and activate helper T cells. Activated helper T cells produce lymphokines, induce antibody production in B cells, activate macrophages, or turn cytotoxic T progenitor cells into cytotoxic lymphocytes.

ヒト皮膚の樹状細胞の分布状態は遅延型過敏反応の過程の研究で既に調べられており、通常、皮層表面に存在する皮膚ランゲルハンス細胞は、反応の過程で表皮の上皮に移動し、数日で表皮表面から剥奪・離脱するといわれる。また感作後24時間以内に、ヘルパーT細胞と単球およびランゲルハンス細胞が皮膚血管周囲に集まり、抗原提示が行われる。抗原を提示されたヘルパーT細胞は抗体を作るB細胞や、感染細胞を攻撃する細胞障害性T細胞といった免疫細胞と相互作用が行われる。このようにランゲルハンス細胞は、何らかの刺激を受けたあとに、皮下の血管周辺に集まり、ヘルパーT細胞に抗原提示を行う機構を有する。したがって、ランゲルハンス細胞が光照射によって刺激を受け、その結果として抗原提示と同様な作用を産む生むことが仮説的に成立する。  The distribution of dendritic cells in human skin has already been investigated in studies of delayed hypersensitivity reactions, and usually skin Langerhans cells present on the surface of the cortex migrate to the epithelium of the epidermis during the course of the reaction. It is said that it will be stripped and detached from the surface of the epidermis. Within 24 hours after sensitization, helper T cells, monocytes, and Langerhans cells gather around the skin blood vessels, and antigen presentation is performed. Helper T cells presented with antigen interact with immune cells such as antibody-producing B cells and cytotoxic T cells that attack infected cells. As described above, Langerhans cells have a mechanism for collecting antigens around helper T cells after gathering around a subcutaneous blood vessel after receiving some kind of stimulation. Therefore, it is hypothesized that Langerhans cells are stimulated by light irradiation, and as a result, produce the same action as antigen presentation.

前記0008において記載したように細胞が光照射によって活性化することは明らかになっているが、同様にしてランゲルハンス細胞が光照射によって活性化することにも妥当性がある。  Although it has been clarified that cells are activated by light irradiation as described in the above-mentioned 0008, it is also valid that Langerhans cells are similarly activated by light irradiation.

光を生体に照射した場合、皮膚直下のある範囲で光エネルギーが吸収されるためには、照射光波長と生体吸収物質の関係が重要になる。この要件としては(1)血液による吸収がないこと、(2)メラニンによる吸収がないことである。このような吸収があれば、免疫細胞に作用するための必要とする生体表面への照射光エネルギーは大きくなり、装置の大型化、皮膚障害などの問題が生じる。したがって、上記ランゲルハンス細胞に作用させるためには、皮膚表面から少なくとも1mm以下で光照射効果が得られるように照射光波長を選択する必要がある。このような効果を生むための光波長としては1μm以上の赤外線光が選択される。  When light is irradiated on a living body, the relationship between the irradiation light wavelength and the bioabsorbable substance is important in order to absorb light energy within a certain range directly under the skin. The requirements are (1) no absorption by blood and (2) no absorption by melanin. With such absorption, the energy of irradiation light to the surface of the living body necessary for acting on immune cells increases, and problems such as enlargement of the device and skin damage arise. Therefore, in order to act on the Langerhans cells, it is necessary to select the irradiation light wavelength so that the light irradiation effect is obtained at least 1 mm or less from the skin surface. As the light wavelength for producing such an effect, infrared light of 1 μm or more is selected.

一般的に知られているNd:YAGレーザー光においては皮膚の減衰係数として5.7cmー1が得られている。この値をLambert-Beerの式に代入して、照射エネルギーが入射光の10%まで低下する距離を求めると、概略4mmとなりこの波長域では光透過強度が大きすぎることになる。これに対して波長1.9μmでの吸収係数はおよそ150cmー1とされるが、別途実験結果によれば75cmー1であった。吸収係数として150cmー1をもとに光透過を前記と同様な計算を行うと、0.15mm程度になる。表皮の厚さはおよそ0.1mm程度とされているから、ランゲルハンス細胞が存在している表皮内には作用するが、それより深い皮下組織には作用が及ばないという条件を満たしている。加えて、この波長による生体作用としては皮膚内での光散乱がほとんどなく、照射面に垂直方向に透過していくという吸収特性を有していることも特徴になる。照射部位近傍での散乱係数が大きい光波長としては一般には1μm以下であると知られているが、散乱係数が大きい場合には、照射部位近傍での光強度が大きくなってしまうことが指摘されていることから、細胞活性ではなくて、細胞にダメージを与えてしまう恐れが生じる。したがって、免疫細胞を安全に活性化させるには照射光による体内組織での散乱が生じないような波長を選択する必要があるが、この点でみれば1.9μm帯の光は好適である。  In a generally known Nd: YAG laser beam, a skin attenuation coefficient of 5.7 cm-1 is obtained. Substituting this value into the Lambert-Beer equation to obtain the distance at which the irradiation energy drops to 10% of the incident light is approximately 4 mm, and the light transmission intensity is too high in this wavelength region. On the other hand, the absorption coefficient at a wavelength of 1.9 μm is about 150 cm−1, but according to a separate experimental result, it is 75 cm−1. When light transmission is calculated in the same manner as described above based on an absorption coefficient of 150 cm−1, it is about 0.15 mm. Since the thickness of the epidermis is about 0.1 mm, it satisfies the condition that it acts in the epidermis where Langerhans cells are present but does not act on the deeper subcutaneous tissue. In addition, the biological action due to this wavelength is characterized in that there is almost no light scattering in the skin and that it has an absorption characteristic of transmitting in a direction perpendicular to the irradiation surface. It is known that the light wavelength having a large scattering coefficient in the vicinity of the irradiated region is generally 1 μm or less, but it is pointed out that the light intensity in the vicinity of the irradiated region increases when the scattering coefficient is large. Therefore, there is a risk of damaging the cell, not the cell activity. Therefore, in order to activate immune cells safely, it is necessary to select a wavelength that does not cause scattering in the body tissue by irradiation light. From this point of view, light in the 1.9 μm band is suitable.

前記0015に記載したように細胞活性化をもたらす照射エネルギー密度として一般には4ー10J/cm2とされている。もとよりこの照射エネルギー密度がすべての細胞活性化において適用されるかどうかは不明としても、条件設定のための指標にはなる。このための一例として照射部位面積を5.5mm径としてレーザー光強度を100mWとした場合には表面から0.3mmのところでの照射エネルギー値は1.4J/cm2になり、細胞作用範囲として0.3mm以内では十分可能な条件を満たすことがわかる。  As described in 0015 above, the irradiation energy density that brings about cell activation is generally 4-10 J / cm 2. Although it is unclear whether this irradiation energy density is applied to all cell activations, it is an index for setting conditions. As an example for this, when the irradiation site area is 5.5 mm in diameter and the laser light intensity is 100 mW, the irradiation energy value at 0.3 mm from the surface is 1.4 J / cm 2, and the cell action range is 0. It can be seen that a sufficiently possible condition is satisfied within 3 mm.

一方HeーNeレーザー光などの赤色光域での吸収は10cm-1程度であり、主としてメラニン色素による吸収が支配的である。一方、酸化ヘモグロビン、還元ヘモグロビンの吸収係数はほぼメラニンより一桁ひくいため結果的には光作用距離は5mm以上に及ぶと判断できる。加えて、この波長域では生体内部からの反射が大きく、皮膚色によって異なるとしてもほぼ50%程度とされている。この結果作用に必要とする光照射エネルギーは大きくなると同時に生体内へ深く浸透する結果、目的とする免疫細胞への相互作用をもたらすことが困難になると思われる。
以上の概略的説明によって、レーザー照射によって伝達する光作用距離としては表面直下のランゲルハンス細胞に作用させるためには波長選択が重要な条件になる。このような光作用距離を持つ光波長範囲は1.4ー2.5μmである。
On the other hand, absorption in a red light region such as He—Ne laser light is about 10 cm −1, and absorption mainly by melanin pigment is dominant. On the other hand, the absorption coefficient of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin is almost an order of magnitude higher than that of melanin. As a result, it can be determined that the light action distance reaches 5 mm or more. In addition, in this wavelength range, reflection from the inside of the living body is large, and even if it varies depending on the skin color, it is about 50%. As a result, the light irradiation energy required for the action increases, and at the same time, it penetrates deeply into the living body. As a result, it seems difficult to bring about interaction with the target immune cells.
From the above schematic explanation, wavelength selection is an important condition for the action distance transmitted by laser irradiation in order to act on Langerhans cells immediately below the surface. The light wavelength range having such a light working distance is 1.4 to 2.5 μm.

光照射によって細胞との相互作用を効果的に実施するためにはほぼ皮下の表皮層内に分布しているランゲルハンス細胞に光照射が行われる必要がある。一般的に非コヒーレント光の場合には照射光の入射角度は照射部位内の場所ごとによって異なり、その入射角に応じて生体内部へ透過角度は分散する。このために細胞との作用は入射光強度が同じであっても細胞ごとに異なることになる。このためには、作用効果を一定に保つためにはコヒーレント光を用いるのが肝要であるが、そうであっても非コヒーレント光が使用できないということではないことも自明である。  In order to effectively carry out the interaction with cells by light irradiation, it is necessary to perform light irradiation on Langerhans cells distributed almost in the subcutaneous epidermis layer. In general, in the case of non-coherent light, the incident angle of the irradiation light varies depending on the location in the irradiation site, and the transmission angle is dispersed inside the living body according to the incident angle. For this reason, the action with cells differs from cell to cell even if the incident light intensity is the same. For this purpose, it is important to use coherent light in order to keep the action and effect constant, but it is obvious that this does not mean that non-coherent light cannot be used.

所定の作用を実現するには照射部位での光照射面積が重要な条件になる。レーザー光が皮下に存在するランゲルハンス細胞に作用する場合には照射部位の面積内にどの程度の細胞が分布しているかによる。ランゲルハンス細胞分布は表皮内に空間的に存在するとしても機能的に見た場合、複層的に存在するよりも並行的に存在しているとされる。したがって作用効果は照射部位面積に依存する。この結果として所定の照射エネルギー密度を確保でき、皮膚への熱的障害を生じない条件を満たす必要がある。このための照射面積としては3ー15mm径が選定することが肝要である。  In order to realize a predetermined action, the light irradiation area at the irradiation site is an important condition. When laser light acts on Langerhans cells present under the skin, it depends on how many cells are distributed within the area of the irradiated site. Even if the Langerhans cell distribution exists spatially in the epidermis, it is considered to exist in parallel rather than in multiple layers when viewed functionally. Accordingly, the effect depends on the irradiation site area. As a result, it is necessary to satisfy a condition that a predetermined irradiation energy density can be ensured and thermal damage to the skin does not occur. It is important to select a 3-15 mm diameter as the irradiation area for this purpose.

光照射による細胞活性化を効率化する手段として、パルス光照射が知られている。照射光をパルス化するためには一般的には光源そのものをパルス化するか、光源出射端と導光部との間に連続的に光を間欠的に遮蔽できるチョッパーを具備する方法が知られている。装置の小型化をはかるには光源側でパルス化する方法が好都合である。パルス光の場合にはパルスのデューテイを変化させる必要が生じる場合がある。特に、細胞作用を効率的に行うためには、臨床的には照射条件を対象とする照射部位ごとに最適化する必要が生じる。このためにはレーザー出力の設定はパルス幅変調によって可変されることが肝要である。  Pulsed light irradiation is known as a means for improving the efficiency of cell activation by light irradiation. In order to pulse the irradiation light, generally, a method of pulsing the light source itself or a chopper capable of intermittently shielding light between the light source emitting end and the light guide unit is known. ing. In order to reduce the size of the apparatus, a method of pulsing on the light source side is advantageous. In the case of pulsed light, it may be necessary to change the pulse duty. In particular, in order to efficiently perform the cell action, it is clinically necessary to optimize each irradiation site targeted for the irradiation condition. For this purpose, it is important that the laser output setting is varied by pulse width modulation.

前記0015に記載したように光と生体作用を規定するパラメータとしては照射時間、照射エネルギーおよび照射強度が知られている。細胞活性化をもたらす一つの条件としてエネルギー密度が4ー8J/cm2であるとされているが、照射時間については十分には知られていない。パルス照射条件においてはパルス幅変調方式ではパルス・デューテイを変化させた場合にはピーク照射値を変えずに、平均照射エネルギーを変化させることができるが、機械的なパルス化の場合にはデューテイは固定される。したがって、機械的パルス化方式(チョッパー方式)の場合には出力可変は励起エネルギーを連続的に変化させる必要がある。この場合には、ピーク照射強度および照射エネルギーとも変動することになる。  As described in the paragraph 0015, irradiation time, irradiation energy, and irradiation intensity are known as parameters that define light and biological action. One condition that brings about cell activation is an energy density of 4-8 J / cm 2, but the irradiation time is not sufficiently known. Under pulse irradiation conditions, the pulse width modulation method can change the average irradiation energy without changing the peak irradiation value when the pulse duty is changed, but in the case of mechanical pulsing, the duty is Fixed. Therefore, in the case of the mechanical pulsing method (chopper method), the variable output needs to continuously change the excitation energy. In this case, both the peak irradiation intensity and the irradiation energy will fluctuate.

前記のパルス化方式の相違が生体作用においてどのような相違を生むかを具体的に説明する。実験的に細胞活性の最適条件が照射エネルギー密度として10J/cm2、照射強度が0.127W/cm2(レーザー出力100mW, 照射ビーム径10mm)とすれば、照射時間は79秒必要になる。この条件は機械的チョッパー(デューテイ50%)を使用した場合には照射時間を2倍にするか、出力を2倍にする必要がある。しかしこの場合には出力を変化させれば照射強度は最適条件からずれることになる。また照射エネルギー密度を変化させた場合には必然的に照射強度が変わってしまう欠点がある。一方、パルス幅変調方式の場合には、出力条件を変えてもレーザー照射値は一定であるため、所定の照射エネルギーを得るには照射時間を変えるのみで最適条件からのずれは生じない。  The difference between the above-described pulsing methods will be described in detail. Experimentally, if the optimal conditions for cell activity are 10 J / cm 2 as the irradiation energy density and the irradiation intensity is 0.127 W / cm 2 (laser output 100 mW, irradiation beam diameter 10 mm), the irradiation time is 79 seconds. This condition requires that the irradiation time is doubled or the output is doubled when a mechanical chopper (duty 50%) is used. However, in this case, if the output is changed, the irradiation intensity will deviate from the optimum condition. Further, when the irradiation energy density is changed, there is a drawback that the irradiation intensity is inevitably changed. On the other hand, in the case of the pulse width modulation method, the laser irradiation value is constant even when the output condition is changed. Therefore, to obtain a predetermined irradiation energy, only the irradiation time is changed, and the deviation from the optimum condition does not occur.

波長域1.4ー2.5μmのコヒーレント光を発振できる装置としては一般にNaCl(F2+)H による色ガラスレーザー(発振波長:1.4ー1.8μm波長可変)、CO2+:MgF2レーザー(発振波長1.63-2.50μm波長可変)および半導体レーザー励起によるEr3+:ガラス「ファイバーレーザー」(発振波長:1.522-1.575、1.590ー1.603μm波長可変) レーザーなどが知られている。  As a device that can oscillate coherent light with a wavelength range of 1.4-2.5μm, it is generally a colored glass laser (oscillation wavelength: 1.4-1.8μm wavelength variable) with NaCl (F2 +) H, CO2 +: MgF2 laser (oscillation wavelength) 1.63-2.50 μm wavelength tunable) and Er3 +: glass “fiber laser” (oscillation wavelength: 1.522-1.575 μm, 1.590-1.603 μm wavelength tunable) laser excited by semiconductor laser ing.

波長1.9μm帯でのレーザー装置は小型で導光用ファイバーへの結合効率がよく、操作性に優れた半導体レーザー励起によるファイバーレーザーが好適である。励起用レーザーには波長800±10nmの半導体レーザーを用いてTmドープフッ化物ファイバーを励起することでレーザー発振が得られる。ファイバーレーザーは連続発振光が一般的である。本発明においては励起用半導体レーザーの駆動回路にはパルス幅変調回路を具備させ、パルス発振を行うものである。
A laser device with a wavelength of 1.9 μm is preferably a fiber laser that is small in size, has good coupling efficiency to a light guiding fiber, and excites a semiconductor laser with excellent operability. A laser oscillation can be obtained by exciting a Tm-doped fluoride fiber using a semiconductor laser having a wavelength of 800 ± 10 nm as an excitation laser. The fiber laser is generally continuous wave light. In the present invention, the excitation semiconductor laser drive circuit is provided with a pulse width modulation circuit for pulse oscillation.

図1に本発明の構成を示す。図1において1は 励起用半導体レーザー、2は 半導体レーザーの駆動回路、3は
800nm透過、1900ー2000nm反射ミラー、4 はTmドープフッ化物ファイバーであり、5は 波長選択装置で全反射ミラー、グレーティング、レンズから構成される。6は
Tmドープフッ化物ファイバーからのレーザー光を導光ファイバーに伝達するための光学系、7は導光ファイバー、8は 照射用ハンドピースである。半導体レーザー駆動回路においてはパルス幅変調回路が具備されており、レーザー光出力ピーク値Pmax、レーザー光平均出力値Pave、パルスON時間Ton、パルスOFF時間Toffとの間には以下の関係が成立する。

Pave = Pmax × Ton/ (Ton+Toff)

パルスON時間は1msから250ms、パルス停止時間は1msから250msまで可変できるように設定できる。このような駆動回路によって半導体レーザーを発振させ、Tmドープフッ化物ファイバーを励起することにより波長1.95μmのパルス発振レーザー光が得られた。また、Tmドープふっ化物ファイバーの長さを調節することにより発振波長を1.85〜2.10μmの範囲で調節することができた。励起用半導体レーザー出力0.7Wの場合には1.95μmレーザー出力として200mWが得られる(最大値)。パルス繰返し数を10Hzに設定でき、またデューテイを50%に設定するために、TonとToffをそれぞれ50msに設定したところ、パルス繰返し10Hz、レーザー出力100mW、波長1.9μm帯のレーザー光が得られた。
本装置の動物実験による免疫活性化の確認では上記設定条件でレーザーを動作させた。また、レーザー光出力値のみの変化を確認するために、別途出力可変機構を用いて、パルス条件は変化させずに出力55mWの発振をおこない、この設定条件下でも動物実験をおこなった。照射面積は5.5mm径に設定し、照射時間をそれぞれ10分とした場合には、皮膚への入射エネルギー密度はそれぞれ63J/cm2、126J/cm2になる。この値は皮膚表面化での反射、皮膚内部での吸収などを考慮すれば妥当であるが最適値であるかは確認できていない。照射面積は固定であるよりは対象部位によって可変する場合もあるので、照射部位を可変する場合もある。このような場合にはハンドピース出射端から皮膚照射面までの距離を可変させるか、ハンドピース部にズーム光学系を具備させることで対応できる。
FIG. 1 shows the configuration of the present invention. In FIG. 1, 1 is an excitation semiconductor laser, 2 is a semiconductor laser drive circuit, 3 is 800 nm transmission, 1900-2000 nm reflection mirror, 4 is Tm-doped fluoride fiber, 5 is a wavelength selection device, total reflection mirror, grating, Consists of lenses. 6 is an optical system for transmitting laser light from the Tm-doped fluoride fiber to the light guide fiber, 7 is a light guide fiber, and 8 is an irradiation handpiece. In the semiconductor laser drive circuit, a pulse width modulation circuit is provided, and the following relationship is established among the laser beam output peak value Pmax, the laser beam average output value Pave, the pulse ON time Ton, and the pulse OFF time Toff. .

Pave = Pmax × Ton / (Ton + Toff)

The pulse ON time can be set to be variable from 1 ms to 250 ms, and the pulse stop time can be varied from 1 ms to 250 ms. By oscillating the semiconductor laser by such a drive circuit and exciting the Tm-doped fluoride fiber, a pulsed laser beam having a wavelength of 1.95 μm was obtained. In addition, the oscillation wavelength could be adjusted in the range of 1.85 to 2.10 μm by adjusting the length of the Tm-doped fluoride fiber. In the case of an excitation semiconductor laser output of 0.7 W, a 1.95 μm laser output of 200 mW is obtained (maximum value). When the pulse repetition rate can be set to 10Hz and the duty is set to 50%, Ton and Toff are set to 50ms respectively, a laser beam with a pulse repetition rate of 10Hz, a laser output of 100mW, and a wavelength of 1.9μm can be obtained. It was.
In the confirmation of immune activation by animal experiments of this device, the laser was operated under the above set conditions. Further, in order to confirm the change in only the laser light output value, an output variable mechanism was used to oscillate an output of 55 mW without changing the pulse condition, and an animal experiment was conducted under this set condition. When the irradiation area is set to a diameter of 5.5 mm and the irradiation time is 10 minutes, the incident energy density to the skin is 63 J / cm 2 and 126 J / cm 2, respectively. This value is reasonable considering reflection on the surface of the skin and absorption in the skin, but it has not been confirmed whether it is the optimum value. Since the irradiation area may vary depending on the target site rather than being fixed, the irradiation site may be varied. Such a case can be dealt with by varying the distance from the handpiece emitting end to the skin irradiation surface or by providing the handpiece with a zoom optical system.

上記実施例1による装置をもちいて、本装置が免疫活性化をもたらすかどうかを確認するための動物実験を行い、その効果について確認した。
この確認実験においては正常な免疫状態下で、腫瘍細胞を移植した場合の免疫細胞の挙動を実験的に明らかにするものであって、自己の体内に腫瘍が自然に形成された条件下での光照射による腫瘍細胞の挙動を検討したものでないことに注意する必要がある。したがって、本実験においては次の点が課題である。
1) 生体にとって異物である細胞が移植された場合に対象とする免疫細胞はいかなる挙動をしめすか
2) 腫瘍細胞に変化を示すもたらす免疫細胞は何であり、この細胞の挙動は光照射によってどう変化するか
3) 光照射によって、実際の移植腫瘍細胞はどのように変化するか
4) その形態変化の観察結果
Using the device according to Example 1, an animal experiment was conducted to confirm whether this device brings about immune activation, and its effect was confirmed.
In this confirmation experiment, the behavior of immune cells when tumor cells are transplanted under normal immunity is experimentally clarified. Under the condition that the tumor was naturally formed in its body. It should be noted that the behavior of tumor cells by light irradiation was not examined. Therefore, the following points are problems in this experiment.
1) What is the target immune cell behavior when cells that are foreign to the body are transplanted? 2) What are the immune cells that cause changes in tumor cells, and how these cell behaviors change with light irradiation? 3) How does the actual transplanted tumor cell change due to light irradiation? 4) Observation of the morphological change

実験動物には腫瘍細胞の腹腔継代マウスおよび担癌マウス共にC3H/HeNCrjマウス(8-12週齢、雌)を使用した。担癌マウス作成における腫瘍細胞移植は、マウス腹腔内より細胞を回収し、リンゲル液で数回洗浄後、腫瘍細胞106個/0.1mlの細胞浮遊液を作製した。移植部位は剃毛したマウス臀部皮下とし、その部位に細胞浮遊液0.1mlを注入した。
レーザー光照射は、腫瘍細胞の移植前照射群(Group2),移植後照射群(Group3), 移植前後照射群(Group4)
および腫瘍細胞を移植しレーザー光の非照射群、コントロール(Group1)の4つの実験群で比較検討を行った。移植前照射は3日間、移植後照射は7日間行い、全ての実験群において移植より8日目に犠牲死させた。レーザー光照射部位は、腫瘍移植部位及び剃毛した臀部の非腫瘍部位の2方法の比較検討を行った。非腫瘍部への照射出力は100mWとした。
As experimental animals, C3H / HeNCrj mice (8-12 weeks old, female) were used for both the abdominal cavity passage mice and tumor bearing mice. Tumor cell transplantation in the production of tumor-bearing mice was performed by collecting cells from the abdominal cavity of the mouse, washing with Ringer's solution several times, and preparing a cell suspension of 106 tumor cells / 0.1 ml. The transplanted site was subcutaneously shaved mouse buttocks, and 0.1 ml of cell suspension was injected into the site.
Laser beam irradiation is performed before tumor cell transplantation group (Group 2), post-transplant irradiation group (Group 3), and pre-transplant irradiation group (Group 4).
The tumor cells were transplanted, and a comparative study was conducted in the four experimental groups of the non-irradiated group of laser light and the control (Group 1). Pre-transplantation irradiation was performed for 3 days and post-transplantation irradiation for 7 days. All experimental groups were sacrificed on the 8th day after transplantation. The laser light irradiation site was a comparative study of two methods: a tumor transplant site and a non-tumor site of the shaved buttocks. The irradiation output to the non-tumor part was 100 mW.

腫瘍部の温度が43度以上に増加した場合、腫瘍細胞が選択的に死滅することから、レーザー照射によって照射部位での皮膚温度の上昇状態をモニターするために、レーザー出力100mWにおける温度上昇挙動を赤外線サーモグラフィー(FAIRIS, Nikon )で計測した。  When the temperature of the tumor part increases to 43 degrees or more, the tumor cells are selectively killed. Therefore, in order to monitor the rise of the skin temperature at the irradiated site by laser irradiation, the temperature rise behavior at a laser output of 100 mW is observed. Measurement was performed by infrared thermography (FAIRIS, Nikon).

犠牲死させたマウスより腫瘍組織を回収し、約4%のパラホルムアルデヒド溶液で固定し、ヘマトキシリンーエオジン(HE)染色の組織標本を作製し、腫瘍組織観察を行った。HE染色は、組織の形態を観察するために細胞核・細胞質を染色する方法で、もっとも標準的な組織染色法であり、組織解析に適している。  Tumor tissues were collected from sacrificed mice, fixed with about 4% paraformaldehyde solution, and hematoxylin-eosin (HE) -stained tissue specimens were prepared, and tumor tissues were observed. HE staining is a method for staining cell nuclei and cytoplasm in order to observe tissue morphology, and is the most standard tissue staining method and is suitable for tissue analysis.

光照射による免疫細胞の挙動を明らかにするために、細胞分析装置による解析を行った。使用した色素は2種類である。その一つはFITC(Fluorescein Isothiocyanate)でこの色素は488nmの励起光を吸収し、主に530nmの蛍光を発する。抗体にあらかじめFITCを標識しておけば、細胞表面に存在する抗原量に応じて結合する抗体量に差が生じ、その結果FITCの蛍光強度が異なってくるために、その細胞の表面に存在する抗原量を推定することができる。他の一つはPE(Phycoerythrin)を用いており、主に585nmの蛍光を発する。回収した脾臓細胞をこれら二つの抗体により蛍光標識し、細胞分析装置(
EPICS Elite, BECKMAN COULTER) により解析した。使用した抗体は、抗CD3,抗CD4,抗CD8,抗CD25,抗CD28および抗CD80抗体である。CD3は免疫細胞の一つであるT細胞レセプター(TCR)を含む大きな複合体の一部であり、成熟T細胞および胸腺細胞を発現する。CD4はMHCクラスII拘束性の抗原刺激活性化における補助レセプターである。CD8分子は末梢血リンパ球のT細胞サブセットに見られ、NK細胞のサブセットにもCD抗原が見られる。CD8は補助レセプターとして、T細胞レセプターのMHCクラスI拘束性抗原認識に関与し、細胞障害性T細胞マーカーとして用いられる。CD25は活性化したTおよびB細胞に存在し、活性化マクロファージやT細胞クローンにも見られる。CD28は全てのT細胞に、ヒトではCD3陽性T細胞に大半に発現しCD4陽性T細胞により高頻度にCD28抗原を発現する。この抗原はT細胞活性化における主要な副刺激シグナルをもたらす。CD80はCD28との結合によりT細胞活性化の補助刺激シグナルがでる。これらの抗体をもちいてレーザー照射による免疫活性化についての実験的確認が可能になる。実験においては細胞の調整が必要であるが、以下の方法で実施した。細胞の調整はC3H/HeNCrjマウス(8-12週齢、雌)より回収した脾臓から脾臓細胞浮遊液を作成し、回収した細胞をカウンターにより細胞数を計測した。細胞数1×106cellsに対して、10μmの蛍光標識モノクロール抗体を添加し、暗所にて氷冷しながら、40分間放置した。反応後細胞分析装置にて細胞の発現を解析した。
In order to clarify the behavior of immune cells by light irradiation, analysis using a cell analyzer was performed. There are two types of dyes used. One of them is FITC (Fluorescein Isothiocyanate), which absorbs 488 nm excitation light and mainly emits fluorescence at 530 nm. If FITC is labeled in advance on the antibody, the amount of antibody to be bound varies depending on the amount of antigen present on the cell surface. As a result, the fluorescence intensity of FITC varies, so that it exists on the surface of the cell. The amount of antigen can be estimated. The other one uses PE (Phycoerythrin), which mainly emits fluorescence at 585 nm. The collected spleen cells are fluorescently labeled with these two antibodies, and a cell analyzer (
EPICS Elite, BECKMAN COULTER). The antibodies used are anti-CD3, anti-CD4, anti-CD8, anti-CD25, anti-CD28 and anti-CD80 antibodies. CD3 is part of a large complex containing the T cell receptor (TCR), one of the immune cells, and expresses mature T cells and thymocytes. CD4 is a co-receptor in MHC class II-restricted antigen stimulation activation. CD8 molecules are found in T cell subsets of peripheral blood lymphocytes and CD antigens are also found in subsets of NK cells. As a co-receptor, CD8 is involved in MHC class I-restricted antigen recognition of the T cell receptor and is used as a cytotoxic T cell marker. CD25 is present on activated T and B cells and is also found on activated macrophages and T cell clones. CD28 is expressed on all T cells, mostly on CD3 positive T cells in humans, and CD28 antigen is frequently expressed on CD4 positive T cells. This antigen provides a major costimulatory signal in T cell activation. CD80 produces a costimulatory signal for T cell activation upon binding to CD28. These antibodies can be used to experimentally confirm immune activation by laser irradiation. In the experiment, cell adjustment was required, but the following method was used. For cell preparation, a spleen cell suspension was prepared from the spleen collected from C3H / HeNCrj mice (8-12 weeks old, female), and the number of cells collected was counted with a counter. A 10 μm fluorescently labeled monoclonal antibody was added to 1 × 10 6 cells and left for 40 minutes while cooling in the dark with ice. After the reaction, cell expression was analyzed with a cell analyzer.

100mW出力によるレーザー光照射時の照射部の皮膚温度の測定は、照射開始時、開始後2,4,6,8,10分とした。その結果照射直後の温度は34.4度、最高温度は照射開始後10分の時点で39.0度であった。  The measurement of the skin temperature of the irradiated part at the time of laser beam irradiation with 100 mW output was performed at the start of irradiation, 2, 4, 6, 8, and 10 minutes after the start. As a result, the temperature immediately after irradiation was 34.4 ° C., and the maximum temperature was 39.0 ° C. at 10 minutes after the start of irradiation.

前述0034項の腫瘍細胞移植後の腫瘍形状を測定し、重量に換算する方式によって重量を算出した。この結果はレーザー照射出力55mWの場合を図2のaに、レーザー出力100mWの場合を図2のbに、非腫瘍部へのレーザー出力100mW照射時の腫瘍成長曲線を図2のcに示す。目視上では照射群の腫瘍が大きく成長しない傾向がみられたが、T検定の結果では腫瘍重量の解析からは有意差は見られなかった。この理由は外見的な形状測定では判断できない腫瘍減少の要因が寄与していることが判明した。  The tumor shape after tumor cell transplantation as described in the above item 0034 was measured, and the weight was calculated by the method of converting to the weight. The results are shown in FIG. 2a for a laser irradiation output of 55 mW, in FIG. 2b for a laser output of 100 mW, and in FIG. 2c for a tumor growth curve when the non-tumor part is irradiated with a laser output of 100 mW. Although the tumor of the irradiation group tended to not grow greatly visually, the result of T test showed no significant difference from the analysis of the tumor weight. The reason for this was found to be due to tumor reduction factors that could not be determined by apparent shape measurement.

HE染色による腫瘍組織観察結果は非照射群(Group
1)、腫瘍部照射群(Group 3)(出力100mW)、および非腫瘍照射群(Group3 )(出力100mW)の腫瘍組織を図3に示した。図3のb,図3のcは腫瘍細胞移植前後にレーザー光照射を行った担癌マウス腫瘍である。図の右側から表皮側を示し、左側に行くにしたがって腹腔側を現す。顕微鏡による観察は、対物レンズ倍率2倍、接眼レンズ倍率2.5倍に設定した。この標本観察結果から腫瘍部照射群の腫瘍では、腫瘍領域中の腹腔側に淡赤色の広い領域が現れ、腫瘍細胞が障害を受け、核が消失し、結合組織になっている。一方、腫瘍組織でも結合組織化した部位に近接する部分は核の消失にいたる状態を示している。非腫瘍部照射での腫瘍組織でも同様に見られた。
組織標本上観察された腫瘍全体の大きさに対する、壊死あるいは結合組織化部の割合を算出すると、非照射腫瘍でほぼ0%(図3のa)、腫瘍への照射では約59.7%(図3のb)、非腫瘍部への照射では約61.8%(図3のc)であり腫瘍細胞(組織)は実質的に大幅に減少していた。
The tumor tissue observation result by HE staining is the non-irradiated group
FIG. 3 shows tumor tissues of 1), a tumor part irradiation group (Group 3) (output 100 mW), and a non-tumor irradiation group (Group 3) (output 100 mW). FIG. 3 b and FIG. 3 c are tumor-bearing mouse tumors that were irradiated with laser light before and after tumor cell transplantation. The epidermis side is shown from the right side of the figure, and the abdominal side appears as it goes to the left side. Observation with a microscope was set at an objective lens magnification of 2 times and an eyepiece lens magnification of 2.5 times. From the specimen observation result, in the tumor of the tumor irradiation group, a wide light red area appears on the abdominal side of the tumor area, the tumor cells are damaged, the nucleus disappears, and it becomes a connective tissue. On the other hand, even in the tumor tissue, the part close to the site of connective tissue shows a state leading to the disappearance of the nucleus. The same was observed in the tumor tissue with non-tumor irradiation.
When calculating the ratio of necrosis or connective tissue to the size of the entire tumor observed on the tissue specimen, it was almost 0% for non-irradiated tumor (a in FIG. 3), and about 59.7% for tumor irradiation ( In FIG. 3 b), irradiation to the non-tumor part was about 61.8% (FIG. 3 c), and the tumor cells (tissue) were substantially reduced.

腫瘍部へのレーザー光照射における担癌マウスより回収した脾臓細胞に含まれる免疫系細胞のCD発現を解析した結果を示す。それぞれ出力55mWおよび100mWにおいての結果を図4のaと図4のbに示す。非照射部への照射出力における担癌マウスの免疫系細胞のCD発現の結果を図4のcに示す。この実験結果から照射出力55mWでの解析結果からは腫瘍細胞移植の有無による抗CD3抗体の発現に差がみられ(P<0.01*)、腫瘍存在下で抗CD抗体の発現が低値であった。Group1,2,3,4においては成熟T細胞、ヘルパーT細胞および細胞障害性T細胞の発現に差は見られなかった。照射出力100mWでの解析結果からは、同様に腫瘍細胞移植の有無による抗CD3抗体の発現に有意差がみられ、腫瘍存在下で抗CD3抗体の発現が低値であり、Group
1 とGroup 3の比較において抗CD3抗体発現に有意差がみられた(P<0.01*)。また抗CD4および28抗体において、Group 2 とGroup4 において、Group
1との比較において有意差がみられ(P<0.01*,P<0.03**)、双方において高値であった(P<0.03**)。
非腫瘍部への照射を行った照射出力100mWでの解析結果からは腫瘍部への照射を行った解析結果と同様に、Group1と比較したところ、抗CD3抗体ではGroup3 とに(P<0.01*)、抗CD8抗体ではGroup 2とに(P<0.03*)、抗CD28抗体ではGroup
2およびGroup 4とに(P<0.01*)有意差が認められた。ただし、抗CD4抗体においてはGroup 2,3,4 に有意差は認められなかった。
The result of having analyzed CD expression of the immune system cell contained in the spleen cell collect | recovered from the tumor bearing mouse | mouth in the laser beam irradiation to a tumor part is shown. The results at an output of 55 mW and 100 mW are shown in FIGS. 4a and 4b, respectively. The result of CD expression of immune system cells of the tumor-bearing mouse in the irradiation output to the non-irradiated part is shown in FIG. From the results of this experiment, the analysis result at an irradiation output of 55 mW shows a difference in the expression of anti-CD3 antibody depending on the presence or absence of tumor cell transplantation (P <0.01 *), and the expression of anti-CD antibody is low in the presence of tumor. Met. In Groups 1, 2, 3 and 4, there was no difference in the expression of mature T cells, helper T cells and cytotoxic T cells. From the analysis result at an irradiation power of 100 mW, a significant difference is similarly observed in the expression of anti-CD3 antibody depending on the presence or absence of tumor cell transplantation, and the expression of anti-CD3 antibody is low in the presence of a tumor.
There was a significant difference in anti-CD3 antibody expression between 1 and Group 3 (P <0.01 *). In anti-CD4 and 28 antibodies, Group 2 and Group 4
There was a significant difference in comparison with 1 (P <0.01 *, P <0.03 **), and both were high (P <0.03 **).
Similar to the analysis result of the irradiation to the tumor part from the analysis result at the irradiation power of 100 mW in which the non-tumor part was irradiated, the anti-CD3 antibody was compared to Group 3 (P <0. 01 *), Group 2 for anti-CD8 antibody (P <0.03 *), Group for anti-CD28 antibody
There was a significant difference between 2 and Group 4 (P <0.01 *). However, in the anti-CD4 antibody, no significant difference was observed in Groups 2, 3, and 4.

以上の実験結果を整理すると以下に要約できる。
1.腫瘍細胞移植前のレーザー光照射がヘルパーT細胞および、細胞障害性T細胞の増加に効果的であった。
2.レーザー光照射によってランゲルハンス細胞が何らかの刺激をうけ、活性化し、ヘルパーT細胞にシグナルを伝達し、細胞障害性T細胞に刺激伝達した。
3.移植後のレーザー光照射によって、成熟T細胞の発現が優位に増加した。
4.ヘルパーT細胞および細胞障害性T細胞は照射出力が高いほど、より効果的に増強された。
5.非腫瘍部にレーザー照射を行った場合でも腫瘍部照射と同様な結果が得られた。
6.すべての照射条件下において。腫瘍細胞非移植群と腫瘍細胞移植群との間に、B細胞、T細胞およびマクロファージの活性化にわずかに増加現象がみられた。
7.これとの対比においてHeーNeレーザー光を照射した比較実験では上記の1.9μmで得られた実験結果と異なり、光照射が免疫系に対して有意な差異を生じなかった。なお、本実験結果については詳細を省略して結論のみを示すものとする。
The above experimental results can be summarized as follows.
1. Laser irradiation before tumor cell transplantation was effective in increasing helper T cells and cytotoxic T cells.
2. The Langerhans cells were stimulated by laser light irradiation, activated, transmitted signals to helper T cells, and stimulated to cytotoxic T cells.
3. The expression of mature T cells was significantly increased by laser light irradiation after transplantation.
4). Helper T cells and cytotoxic T cells were enhanced more effectively with higher irradiation power.
5). Even when the non-tumor part was irradiated with laser, the same result as that of the tumor part was obtained.
6). Under all irradiation conditions. There was a slight increase in the activation of B cells, T cells and macrophages between the tumor cell non-transplanted group and the tumor cell transplanted group.
7). In contrast to this, in the comparative experiment in which the He—Ne laser light was irradiated, the light irradiation did not cause a significant difference with respect to the immune system, unlike the experimental result obtained at 1.9 μm. In addition, about this experimental result, a detail is abbreviate | omitted and only a conclusion shall be shown.

以上詳細な実験結果から1.9μm帯レーザー光照射によって免疫系が活性化することが示された。レーザー光の発振波長は照射部位皮膚表面から1mm以下において入射エネルギー強度が10%程度までに減少できるものであれば同様な結果がえられることは明らかである。
また免疫細胞の活性化は皮膚表皮内に存在するランゲルハンス細胞が直接関与していることは、照射光の作用距離からみても明らかであるが、しかしながらランゲルハンス細胞がどのように活性していくかの作用機序については現時点ではあたかもランゲルハンス細胞が抗原を捕捉したと同様な作用が光作用によって起こっていると想定しているが、前駆細胞である単球の分化によるランゲルハンス細胞数の増加の可能性も否定できない。いずれの作用機序であっても、実質的にランゲルハンス細胞が活性化し、体内免疫システムが活性化し免疫力の向上が得られたことから、本装置の有用性は明らかである。
From the detailed experimental results described above, it was shown that the immune system was activated by 1.9 μm band laser light irradiation. It is clear that the same result can be obtained if the oscillation wavelength of the laser beam is such that the incident energy intensity can be reduced to about 10% at 1 mm or less from the skin surface of the irradiation site.
In addition, it is clear from the distance of the irradiation light that the Langerhans cells present in the skin epidermis are directly involved in the activation of immune cells, but how the Langerhans cells are activated. Regarding the mechanism of action, it is currently assumed that the same effect as that of Langerhans cells captured antigens is caused by light action, but the possibility of increase in the number of Langerhans cells due to differentiation of monocytes as precursor cells Cannot be denied. Regardless of the mechanism of action, the usefulness of the present device is clear from the fact that Langerhans cells are substantially activated, the in vivo immune system is activated, and the immunity is improved.

本発明は単独使用においては腫瘍増殖を低下させる効果を持つと同時に他の免疫活性剤等を併用することにより相加的、相乗的にがん治療方法の安全性、有効性をもたらすという利点がある。  The present invention has the advantage that, when used alone, it has the effect of reducing tumor growth, and at the same time, the combined use of other immunoactive agents, etc., additively and synergistically brings the safety and effectiveness of cancer treatment methods. is there.

本装置の全体構成を示す説明図である。(実施例1)It is explanatory drawing which shows the whole structure of this apparatus. (Example 1) のaは腫瘍部への出力55mW照射時の腫瘍成長曲線を示す説明図である。(実施例2) bは腫瘍部への出力100mW照射時の腫瘍成長曲線を示す説明図である。(実施例2) cは非腫瘍部への出力100mW照射時の腫瘍成長曲線を示す説明図である。(実施例2)(A) is explanatory drawing which shows the tumor growth curve at the time of output 55mW irradiation to a tumor part. (Example 2) b is explanatory drawing which shows the tumor growth curve at the time of the output of 100 mW to a tumor part. (Example 2) c is explanatory drawing which shows the tumor growth curve at the time of the output of 100 mW to a non-tumor part. (Example 2) のaは非照射群における腫瘍組織標本を示す説明図である。(実施例2) bは腫瘍部への出力100mW照射時の組織標本を示す説明図である。(実施例2) cは非腫瘍部への出力100mW照射時の組織標本を示す説明図である。(実施例2)(A) is explanatory drawing which shows the tumor tissue sample in a non-irradiation group. (Example 2) b is explanatory drawing which shows the tissue sample at the time of the output of 100 mW to a tumor part. (Example 2) c is an explanatory view showing a tissue specimen at the time of irradiation with an output of 100 mW to a non-tumor part. (Example 2) のaは腫瘍部への出力55mW照射担癌マウスの免疫系細胞CD発現を示す説明図である。(実施例2) bは腫瘍部への出力100mW照射担癌マウスの免疫系細胞CD発現を示す説明図である。(実施例2) cは非腫瘍部への出力100mW照射担癌マウスの免疫系細胞CD発現を示す説明図である。(実施例2)(A) is explanatory drawing which shows the immune system cell CD expression of the tumor bearing mouse | mouth which is 55mW output to a tumor part. (Example 2) b is explanatory drawing which shows the immune system cell CD expression of the tumor bearing mouse | mouth with the output of 100 mW to a tumor part. (Example 2) c is an explanatory view showing immune system cell CD expression in a cancer-bearing mouse with 100 mW output to a non-tumor part. (Example 2)

符号の説明Explanation of symbols

実施例1における図面の符号説明を示す。
1 励起用半導体レーザー
2 半導体レーザー駆動回路
3 800nm透過、1900ー2000nm反射ミラー
4 希土類元素ドープフッ化物ファイバー
5 波長選択装置
6 結合光学系
7 導光ファイバー
8 照射用ハンドピース
The code | symbol description of drawing in Example 1 is shown.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor laser for excitation 2 Semiconductor laser drive circuit 3 800 nm transmission, 1900-2000 nm reflection mirror 4 Rare earth element doped fluoride fiber 5 Wavelength selection device 6 Coupling optical system 7 Light guide fiber 8 Irradiation handpiece

Claims (7)

波長域1.4ー2.5μmに発振波長をもつレーザー光発振手段と、パルス発振化手段と、生体の皮膚表面に照射することのできる導光及び照射手段を有することを特徴とする免疫活性化装置  Immune activity characterized by having laser light oscillation means having an oscillation wavelength in the wavelength range of 1.4 to 2.5 μm, pulse oscillation means, and light guide and irradiation means that can irradiate the skin surface of a living body Device 発振波長が1.4ー2.05μmの範囲で可変であることを特徴とする請求項1に記載の免疫活性化装置  2. The immune activation device according to claim 1, wherein the oscillation wavelength is variable in a range of 1.4 to 2.05 μm. 発振波長が1.85ー2.05μmであって、レーザー発振手段がファイバーレーザーであることを特徴とする請求項1乃至2に記載の免疫活性化装置  3. The immune activation device according to claim 1, wherein the oscillation wavelength is 1.85 to 2.05 μm, and the laser oscillation means is a fiber laser. 発振波長1.85ー2.05μmを発振するレーザー発振手段において、レーザー励起手段が半導体レーザーであり、レーザー発振をパルス化する手段がパルス幅変調方式で構成されていることを特徴とする請求項1乃至3に記載の免疫活性化装置  2. The laser oscillation means for oscillating an oscillation wavelength of 1.85 to 2.05 μm, wherein the laser excitation means is a semiconductor laser, and the means for pulsing the laser oscillation is constituted by a pulse width modulation system. The immune activation device according to 1 to 3 レーザー光パルス化手段がパルス幅変調方式であって、パルスON時間が1ー250msでありパルスOFF時間が1ー250msを任意に設定できることを特徴とする請求項1乃至4項に記載の免疫活性化装置  5. The immune activity according to claim 1, wherein the laser light pulsing means is a pulse width modulation system, and the pulse ON time is 1 to 250 ms and the pulse OFF time can be arbitrarily set to 1 to 250 ms. Device 照射部位面での照射エネルギー密度が10ー200J/cm2、パルス繰返し数が2ー500Hzであって、照射部の直径が3-15mmであることを特徴とする請求項1乃至5に記載の免疫活性化装置  The immunity according to any one of claims 1 to 5, wherein the irradiation energy density at the irradiation site surface is 10-200 J / cm2, the pulse repetition rate is 2-500 Hz, and the diameter of the irradiation part is 3-15 mm. Activation device 免疫活性薬剤,免疫活性機能性食品等を併用する事ができる請求項1乃至6項に記載の免疫活性化装置
The immune activation device according to any one of claims 1 to 6, which can be used in combination with an immunoactive drug, an immunoactive functional food, and the like.
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