JP2014105187A - 核酸類ハイドロゲル状態変更方法、放射線分解ハイドロゲル、物質内包放射線分解ハイドロゲル、および放射線応答ハイドロゲルキット - Google Patents

Abstract

【課題】所望の場所において所望のタイミングで瞬時に状態変化させることが可能な核酸類ハイドロゲル状態変更方法、放射線分解ハイドロゲル、物質内包放射線分解ハイドロゲル、および放射線応答ハイドロゲルキットを提供する
【解決手段】複数のＤＮＡ１をＥＧＤＥ４によって１つの構造体となるよう架橋させてＤＮＡハイドロゲル６を作製し、このＤＮＡハイドロゲル６に薬剤８を担持させて薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０を作製し、この薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０に対して放射線を照射し、薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０を分解して薬剤８を放出する。
【選択図】図３

Description

この発明は、例えば所定の場所で所定のタイミングにゲル状態と分解状態とに変化させることのできる核酸類ハイドロゲル状態変更方法、放射線分解ハイドロゲル、物質内包放射線分解ハイドロゲル、および放射線応答ハイドロゲルキットに関する。

従来、様々な目的で、外部から刺激を与えて分解することが可能なゲルが提案されている。

例えば、ゾル−ゲル転移温度を境界にしてゾル状態とゲル状態に転移する熱可逆ハイドロゲル形成性組成物が提案されている（特許文献１参照）。
この熱可逆ハイドロゲル形成性組成物は、第１のゾル−ゲル転移温度とそれより低い第２のゾル−ゲル転移温度の間であればゲル状態となり、それより高温あるいは低温になればゾル状態となるものである。この熱可逆ハイドロゲル形成性高分子を含む組成物は、前記ハイドロゲル中に生理活性物質自体を好適に保持可能であるのみならず、前記ゲル中において前記生理活性物質本来の機能を実質的に保持可能であるため、ゲル内に理活性物質を固定化することにより、種々の用途に広く利用することが可能となるとされている。

他にも、酵素反応で主鎖が切断され得る分解性基およびスペーサーを介して、薬剤が水膨潤性高分子ゲルに固定化された医療用高分子ゲルが提案されている（特許文献２参照）。
この医療用高分子ゲルは、酵素の量に応じた薬剤放出特性を示すため、酵素が産生される病巣においてのみ、治療に有効な量の薬剤を放出することが可能であり、創傷被覆材、生体組織接着剤、癒着防止材、骨補強材、薬剤放出基材の構成成分として有用であるとされている。

しかし、これらのゲルは、所望の場所において所望のタイミングで状態変化させることに難があった。すなわち、特許文献１の熱可逆ハイドロゲル形成性組成物は、温度によって状態が転移するものであるから、温度が変化するまでの時間が必ず必要になるものであり、場所と時間の正確な制御には適さないものである。また、特許文献２の医療用高分子ゲルは、酵素の量に応じた薬剤放出特性を示すため、酵素の無い場所で状態変化させることができず、また、酵素のある場所が複数ある場合にその一部の場所だけで状態変化させることが困難なものである。

特開平１１−１６９７０３号公報 特開平８−２４３２５号公報

この発明は、上述した問題に鑑み、所望の場所において所望のタイミングで瞬時に状態変化させることが可能な核酸類ハイドロゲル状態変更方法、放射線分解ハイドロゲル、物質内包放射線分解ハイドロゲル、および放射線応答ハイドロゲルキットを提供することを目的とする。

この発明は、核酸類を架橋させて作製した核酸類ハイドロゲルに、前記核酸類ハイドロゲルにおける前記核酸類の鎖を切断する強度の放射線を所望の場所で照射する核酸類ハイドロゲル状態変更方法であることを特徴とする。
前記核酸類の鎖を切断する強度の放射線は、ＬＥＴが８０ｋｅＶ／μｍ以下の放射線とすることが好ましい。
前記核酸類ハイドロゲルは、含水率９５％以上の架橋度を有するものとすることが好ましい。
前記核酸類ハイドロゲルは、ゲル作製前の核酸類の濃度が１００（ｍｇ／ｍｌ）より低く、架橋剤の割合が２０（％）以下とすることが好ましい。

この発明により、所望の場所において所望のタイミングで瞬時に状態変化させることができる。

核酸類から核酸類ハイドロゲルを作製する作業の説明図。 物質内包核酸類ハイドロゲルが放射線により分解する動作の説明図。 核酸類ハイドロゲルに放射線を照射した実験結果の説明図。 物質内包核酸類ハイドロゲルに放射線を照射した実験結果の説明図。

本発明者らは、任意の場所において任意のタイミングでゲル状態と分解状態との変化を瞬時に行う方法を鋭意研究した。そして、核酸類に対して放射線を照射した際に発生する鎖切断に着目した。

放射線が照射されると、水の放射線分解によって核酸にラジカル（ヒドロキシラジカル）が形成され、これによって核酸の鎖は切断される。ラジカル産生は約１０^−１２秒で起こるため、放射線の照射から鎖切断までの時間がきわめて短い。この瞬時の鎖切断を利用するべく、核酸によるハイドロゲルを用いた。そして、この核酸類ハイドロゲルに放射線を照射し、ゲル状態から分解状態へ瞬時に変化する分解手法を確立した。また、核酸類ハイドロゲル内に目的物質を内包させ、放射線を照射して、核酸類ハイドロゲルの分解によって目的物質が瞬時に放出される内包物質放出手法も確立した。

＜核酸類＞
核酸類は、核酸または核酸様化合物を指し、１本鎖、２本鎖、３本鎖、あるいはこれらが部分的に混合しているものなど、ヌクレオチドが長く連結した鎖状の高分子とすることができる。

核酸は、ＤＮＡ（デオキシリボ核酸，Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ）、ＲＮＡ（リボ核酸，Ｒｉｂｏ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ）、またはＰＮＡ（ペプチド核酸，Ｐｅｐｔｉｄｅ Ｎｕｃｌｅｉｃ Ａｃｉｄ）とすることができる。

ＤＮＡは、ｃＤＮＡ（相補的ＤＮＡ，ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ＤＮＡ）、ｃｐＤＮＡ（葉緑体ＤＮＡ，ｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔ ＤＮＡ）、ｍｓＤＮＡ（ｍｕｌｔｉｃｏｐｙ ｓｉｎｇｌｅｓｔｒａｎｄｅｄ ＤＮＡ）、またはｍｔＤＮＡ（ミトコンドリアＤＮＡ，Ｍｉｔｏｃｈｏｎｄｒｉａｌ ＤＮＡ）等、適宜のものを使用することができる。

ＲＮＡは、ｍＲＮＡ（伝令ＲＮＡ，ｍｅｓｓｅｎｇｅｒ ＲＮＡ）、ｈｎＲＮＡ（ｍＲＮＡ前駆体，ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ ｍＲＮＡ）、ｔＲＮＡ（転移ＲＮＡ，ｔｒａｎｓｆｅｒ ＲＮＡ）、ｒＲＮＡ（リボソームＲＮＡ，ｒｉｂｏｓｏｍａｌ ＲＮＡ）、ｒＲＮＡ前駆体、ａＲＮＡ（アンチセンスＲＮＡ）、ｎｃＲＮＡ（ノンコーディングＲＮＡ，ｎｏｎ−ｃｏｄｉｎｇ ＲＮＡ）、ｍｉＲＮＡ（ｍｉｃｒｏ−ＲＮＡ）、ｐｉＲＮＡ（ＰＩＷＩ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｎｇ ＲＮＡ）、ｓｉＲＮＡ（ｓｍａｌｌ ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ ＲＮＡ）、ｓｈＲＮＡ（短ヘアピンＲＮＡ，ｓｈｏｒｔ ｈａｉｒｐｉｎ ＲＮＡ）、ｓｎＲＮＡ（核内低分子ＲＮＡ，ｓｍａｌｌ ｎｕｃｌｅａｒ ＲＮＡ）、ｓｎｏＲＮＡ（核小体低分子ＲＮＡ，ｓｍａｌｌ ｎｕｃｌｅｏｌａｒ ＲＮＡ）、ｔａ−ｓｉＲＮＡ（トランス作動性ｓｉＲＮＡ，ｔｒａｎｓ−ａｃｔｉｎｇ ｓｉＲＮＡ）、ｔｍＲＮＡ（ｔｒａｎｓｆｅｒ−ｍｅｓｓｅｎｇｅｒ ＲＮＡ）など、適宜のＲＮＡとすることができる。

核酸様化合物は、ＤＮＡ様化合物、ＲＮＡ様化合物、ＰＮＡ／ＤＮＡ二重鎖化合物、ＰＮＡ／ＲＮＡ二重鎖化合物、ＰＮＡ／ＰＮＡ二重鎖化合物等とすることができる。
ＤＮＡ様化合物は、アデニンとチミン、およびグアニンとシトシンの少なくとも一方の塩基対を有し、ヌクレオチドが長く連結した鎖状の高分子化合物とすることができる。
ＲＮＡ様化合物は、アデニンとウラシル、およびグアニンとシトシンの少なくとも一方の塩基対を有し、ヌクレオチドが長く連結した鎖状の高分子化合物とすることができる。

これらのＤＮＡ様化合物およびＲＮＡ様化合物は、いずれか１種類の塩基対を多く有する、いずれか１種類の塩基対が全体の殆どを占める、あるいはいずれか１種類の塩基対のみで構成されるなど、特定の塩基対を中心にする化合物とすることもできる。これにより、放射線による分解性が良好な核酸類とすることができる。

これらの核酸類は、非環状核酸類、環状核酸類のどちらであってもよく、生物由来の核酸類でも人工合成の核酸類でもよい。

＜架橋剤＞
架橋剤は、複数の核酸類の塩基を相互に結合させる適宜の物質とすることができる。具体的には、ＥＧＤＥ（エチレングリコールジグリシジルエーテル，Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｇｌｙｃｏｌ Ｄｉｇｌｙｃｉｄｙｌ Ｅｔｈｅｒ）、ジチオビス（スクシンイミジルプロピオネート）、３，３’−ジチオビス（スルホスクシンイミジルプロピオネート）、ジスクシンイミジルスベレート、ビス（スルホスクシンイミジル）スベレート、ジスクシンイミジルタータレート、ジスルホスクシンイミジルタータレート、ビス（２−（スクシンイミジルオキシカルボニルオキシ）エチル）スルホン、ビス（２−（スルホスクシンイミジルオキシカルボニルオキシ）エチル）スルホン、エチレングリコールビス（スクシンイミジルスクシネート）、エチレングリコールビス（スルホスクシンイミジルスクシネート）、ジスクシンイミジルグルタレート、Ｎ．Ｎ’−ジスクシンイミジルカルボネート、ジメチルアジピミデートジハイドロクロライド、ジメチルピメリミデートジハイドロクロライド、ジメチルスベリミデートジハイドロクロライド、ジメチル−３，３’−ジチオビスプロピオニミデートジハイドロクロライド、オリゴメチレンまたはオリゴエチレングリコール等をスペーサーとして含む多官能性活性化エステル体、オリゴメチレンまたはオリゴエチレングリコール等をスペーサーとして含む多官能性イソシアネート、オリゴメチレンまたはオリゴエチレングリコール等をスペーサーとして含む多官能性イソチオシアネート、トリレンジイソシアネート、グルタールアルデヒド、多価アルコール、多価カルボン酸、金属イオン等とすることができる。

なお、本明細書における「架橋」とは、１つの核酸類内で起こる鎖内架橋（１本の鎖における異なる部分同士の共有結合）や鎖間架橋（２本の鎖の塩基間における共有結合）ではなく、別箇の核酸類が架橋により連結されることをいう。従って、架橋した状態とは、複数のＤＮＡ、ＲＮＡ、ＤＮＡ様化合物、ＲＮＡ様化合物、あるいはこれらの複数種類が連結されて１つの構造体になっている状態を指す。

＜触媒＞
触媒は、架橋剤による核酸類の相互の架橋を促進する適宜の物質とすることができる。例えば、架橋剤にＥＧＤＥを用いる場合に触媒をＴＥＭＥＤとすることができる。

＜作製方法＞
核酸類に、架橋剤を混合し、触媒を添加して、核酸類ハイドロゲルを作製する。架橋剤を混合する際には、撹拌することが好ましい。また、触媒は、架橋剤を核酸類と架橋剤を十分撹拌した後に添加することが好ましく、添加後撹拌することが好ましい。

＜内包させる物質＞
核酸類ハイドロゲルに内包させる物質は、高分子物質、ナノ粒子物質、および核酸類と相互作用する低分子物質とすることができ、いずれも薬剤とすることができる。ここでいう薬剤には、治療薬剤だけでなく、造影剤等の診断薬剤も含まれる。またこの薬剤は、糖のない薬剤であることが好適である。

核酸類と相互作用する低分子物質は、金属イオンまたは正電荷をもつ低分子とすることができ、例えば、治療診断に用いられる金属イオンおよび抗がん剤等とすることができる。

治療診断に用いられる金属イオンは、テクネチウムイオン、銅イオン、インジウムイオン、タリウムイオン、ガリウムイオン、ヒ素イオン、レニウムイオン、ホルミウムイオン、イットリウムイオン、サマリウムイオン、セレンイオン、ストロンチウムイオン、ガドリニウムイオン、ビスマスイオン、鉄イオン、マンガンイオン、ルテチウムイオン、コバルトイオン、白金イオン、カルシウムイオンおよびロジウムイオンとすることができる。これらの金属イオンは、放射性と非放射性のどちらでも可能であるが、非放射性金属イオンであることが好ましい。

抗がん剤は、イホスファミド、シクロフォスファミド、ダカルバジン、テモゾロミド、ニムスチン、ブスルファン、メルファラン、チオテパ、ラニムスチン、プロカルバジン、およびベンダムスチン等のアルキル化剤、オキサリプラチン、カルボプラチン、シスプラチン、およびネダプラチン等の白金製剤、イリノテカン、ノギテカン、ドキソルビシン、エトポシド、レボフロキサシン、およびシプロフロキサシン等のトポイソメラーゼ阻害剤とすることができる。

高分子物質およびナノ粒子物質は、高分子系分子標的薬（抗体）等の抗がん剤、酵素、分化因子、および増殖因子等、全てのものを対象とすることができる。すなわち、核酸類ハイドロゲルの架橋点間距離よりも大きい高分子物質およびナノ粒子物質は、核酸類と相互作用しなくとも担持することができる。

＜放射線の照射＞
放射線は、アルファ線、ベータ線、中性子線、透過率の高いエックス線およびガンマ線、あるいは重粒子線など、核酸類の鎖を切断できる適宜の放射線を使用することができる。また、放射線は、ＬＥＴ（線エネルギー付与）が８０ｋｅＶ／μｍ以下であることが好ましく、４０ｋｅＶ／μｍより低いことがより好ましく、１３ｋｅＶ／μｍ程度がさらに好ましい。薬剤等の目的物質の放出に十分な分解を行う放射線を照射することで、核酸類ハイドロゲルおよび目的物質内包放射線分解ハイドロゲルの放射線応答分解を実現する。また、放射線による核酸類ハイドロゲルの鎖切断は、全鎖切断である必要がある。ここで、全鎖切断とは、１本鎖核酸類であれば１本鎖の切断、２本鎖核酸類であれば核酸類が分離される２本鎖の切断、３本鎖核酸類であれば核酸類が分離される３本鎖の切断とするなど、ヌクレオチドが長く連結した鎖を切断して核酸類を連結の方向に分離する切断をいう。

以下、この発明の一実施形態を図面と共に説明する。

図１は、核酸類の１種であるＤＮＡ１から放射線分解ハイドロゲル（核酸類ハイドロゲル）の１種であるＤＮＡハイドロゲル６を作製する一連の作業を説明する説明図である。

図１（Ａ）は、ＤＮＡ１の構造を示す概略図であり、図１（Ｂ）は、架橋剤の１種であるＥＧＤＥ４の構造を示す概略図である。図１（Ａ）に示すように、ＤＮＡ１は複数の塩基２を備えている。図示では塩基２としてアデニン塩基２ａを示している。この実施例では、ＤＮＡ１としてサケ精巣由来の非環状２本鎖ＤＮＡ（２，０００塩基対）を使用している。

ＤＮＡ１にＥＧＤＥ４（Ｆｌｕｋａ）を混合させて撹拌し、その後、触媒として図示省略するＴＥＭＥＤ（Ｍｅｒｃｋ）を混合させてさらに撹拌する。そうすると、図１（Ｃ）のＤＮＡ１同士の架橋の構造を示す概略図のように、ＥＧＤＥ４の一端が１つのＤＮＡ１の塩基２（図示の例ではシトシン塩基２ｃ）に結合し、ＥＧＤＥ４の多端が、別のＤＮＡ１の塩基２（図示の例ではアデニン塩基２ａ）に結合する。これにより、２つのＤＮＡ１がＥＧＤＥ４によって架橋され、ＥＧＤＥ４が架橋部として機能する。

この架橋が複数のＤＮＡ１の様々な箇所で起こり、図１（Ｄ）のＤＮＡハイドロゲル６の構造を示す概略図のように、複数のＤＮＡ１がＥＧＤＥ４の架橋により連結し１つの構造体となったＤＮＡハイドロゲル６が作製される。

このＤＮＡハイドロゲル６の作製方法の詳細については、Ｂｉｏｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ２００９， １０， ２６５２−２６６１「Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｇｅｌｓ ｂｙ Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｄｅｎａｔｕｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｒｏｓｓ−Ｌｉｎｋｉｎｇ ｏｆ ＤＮＡ」（Ｆｕａｔ Ｔｏｐｕｚ ｅｔ ａｌ．）のとおりである。

この実施例では、ＤＮＡ１の濃度（ｍｇ／ｍｌ），ＥＧＤＥ４の添加量（ＤＮＡに対する割合（％）），ＴＥＭＥＤの添加量（ｖｏｌ％）を、次の割合とする４種類の作製をした。

（１）７０−１５： ７０（ｍｇ／ｍｌ），１５（％），０．５（ｖｏｌ％）
（２）７０−２０： ７０（ｍｇ／ｍｌ），２０（％），０．５（ｖｏｌ％）
（３）１００−１０：１００（ｍｇ／ｍｌ），１０（％），０．５（ｖｏｌ％）
（４）１００−１５：１００（ｍｇ／ｍｌ），１５（％），０．５（ｖｏｌ％）

図２は、ＤＮＡハイドロゲル６に薬剤８を内包させて薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０（物質内包放射線分解ハイドロゲル）を作製し、放射線を照射して分解させる一連の動作を示す説明図である。
図２（Ａ）は、ＤＮＡハイドロゲル６の写真を示す図であり、図２（Ｂ）は、ＤＮＡハイドロゲル６に薬剤８を内包させた薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０の構造の概略図であり、図２（Ｃ）は、薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０の写真を示す図であり、図２（Ｄ）は、放射線を照射して薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０が分解した状態を示す概略図であり、図２（Ｅ）は、薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０を収納した放射線応答ハイドロゲルキット２０の概略図である。

薬剤８を含む水溶液中へ図２（Ａ）のＤＮＡハイドロゲル６を浸漬し、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）に示すように、薬剤８をＤＮＡハイドロゲル６に内包した薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０を作製する。

この実施例では、薬剤８として金ナノ粒子（増感剤）をＤＮＡハイドロゲル６に内包させた薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０を例に説明する。薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０は、ＤＮＡ１にＥＧＤＥ４を混合し、粒子径５０ｎｍの金ナノ粒子を７×１０^１０粒子添加し、ＴＥＭＥＤを混合させ、水中で膨潤させることによって作製されている。

なお、金ナノ粒子は、サイズが大きすぎてＤＮＡハイドロゲル６を作製した後に内包させることができない。このため、ＤＮＡハイドロゲル６を作製する際に薬剤８（金ナノ粒子）を一緒に入れることで、薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０を作製している。

このようにして作製された薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０や、薬剤８を内包する前のＤＮＡハイドロゲル６に放射線を照射すると、図２（Ｄ）に示すように、ＤＮＡハイドロゲル６のＤＮＡ鎖が切断されてＤＮＡハイドロゲル６が複数の断片７に分解され、ゲル状態から分解状態（例えばゾル状態）に状態変更される。そして、薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０からは薬剤８が放出される。

図２（Ｂ）および図２（Ｃ）に示した薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０は、図２（Ｅ）に仮想線で示すように、放射線条件表示部２２を有する容器２１に収納され、放射線応答ハイドロゲルキット２０として提供してもよい。ここで、放射線条件表示部２２は、図示するように容器２１に表示しても良いが、これに限らず、同封する説明書に表示する、あるいはインターネット上のホームページ等の別途の場所に表示するなど、適宜の場所に表示することができる。

図３は、作製したＤＮＡハイドロゲル６に対して放射線を照射した実験結果を示す説明図である。
実験における放射線源は、高線量照射型ガンマ線照射装置（８８ＴＢｑ１３７Ｃｓ、ＬＥＴ＝０．３ｋｅＶ／μｍ）、および、重粒子線加速器（炭素線：２９０ＭｅＶ、ＬＥＴ＝１３，４０，８０ｋｅＶ／μｍ）を用いた。
測定は、ＤＮＡハイドロゲル６を含む水溶液へ異なる線量、ＬＥＴの放射線を照射した後、ＤＮＡ鎖切断により水可溶化したＤＮＡ量を測定し、この結果によりＤＮＡハイドロゲル６の分解度を算出したものである。

図３（Ａ）は、上述した４種類のＤＮＡハイドロゲル６について、各配合における架橋度を示す表である。表に示すとおり、ＥＧＤＥ４の割合が高いほど架橋度が高く、ＤＮＡ濃度が濃いほど架橋度が高いことがわかる。

なお、架橋度は、含水率および膨潤度と反比例の関係にあって、含水率および膨潤度が下がると架橋度が高くなる。この架橋度は、ＤＮＡとＤＮＡを架橋する架橋の数でも表すことができる。含水率および膨潤度の定義は、次のとおりであり、膨潤率（％）は、シリンダー状のゲルを作製したときのみ評価可能である。
含水率（％）＝｛（平衡膨潤時のゲルの重量−乾燥時のゲルの重量）
／平衡膨潤時のゲルの重量｝×１００
膨潤率（％）＝平衡膨潤時のゲルの直径／膨潤前のゲルの直径×１００

図３（Ｂ）は、４種類のＤＮＡハイドロゲル６に複数種類の放射線としてガンマ線（０．３ｋｅＶ／μｍ）を照射した際の分解度を示すグラフである。横軸は線量（Ｇｙ）であり、放射線の照射線量が増加するほど分解度が高くなっていることが示されている。

このグラフより、ＤＮＡ濃度７０（ｍｇ／ｍｌ）の方が１００（ｍｇ／ｍｌ）よりも分解度が高いことがわかる。従って、ＤＮＡハイドロゲル６の作製に用いるＤＮＡ１（核酸類）の濃度は、架橋剤と触媒を添加した後にゲル状になり得る濃度の範囲で、１００（ｍｇ／ｍｌ）より低い方が好ましく、７０（ｍｇ／ｍｌ）以下がより好ましい。

また、架橋剤の添加量は、２０（％）より１５（％）の方が分解度が高く、１５（％）より１０（％）の方が分解度が高いことがわかる。従って、架橋剤の添加量は、ＤＮＡ１（核酸類）に架橋剤と触媒を添加した後にゲル状になり得る添加量の範囲で、２０（％）以下が好ましく、１５（％）以下がより好ましく、１０（％）以下がさらに好ましい。

すなわち、分解度がＤＮＡハイドロゲル６の架橋度に依存するため、ＤＮＡハイドロゲル６は、ゲル状態を保つ架橋度で、かつ、低い架橋度であることが好ましい。具体的にいうと、ＤＮＡハイドロゲル６は、含水率９５％以上のゲルであることが好ましく、含水率９９．５％以上のゲルであることがより好ましい。
また、照射する線量は、１Ｇｙ以上が好ましく、２０Ｇｙ以上がより好ましい。

図３（Ｃ）は、４種類のＤＮＡハイドロゲル６にガンマ線（０．３ｋｅＶ／μｍ）を１００Ｇｙ照射した場合の分解度を、ラジカル捕捉剤であるスクロース（ｓｕｃｒｏｓｅ）の有無で比較して示すグラフである。
図示するように、スクロースがあると（例では１０ｗｔ％）、分解が有意に抑制されている。このことから、ＤＮＡハイドロゲル６の分解は、水の放射線分解によって生じたラジカルを介したＤＮＡ鎖切断が主要因であると考えられる。従って、ＤＮＡハイドロゲル６にはスクロースが無いことが好ましい。

図３（Ｄ）は、４種類のＤＮＡハイドロゲル６にＬＥＴの異なるガンマ線（０．３ｋｅＶ／μｍ、１３ｋｅＶ／μｍ、４０ｋｅＶ／μｍ、８０ｋｅＶ／μｍ）を照射した分解度を線量（Ｇｙ）別に示すグラフである。
図３（Ｅ）は、４種類のＤＮＡハイドロゲル６にガンマ線（５０Ｇｙ）を照射した場合の分解度をＬＥＴ別に示すグラフである。

これらの図に示されるように、ＬＥＴは８０ｋｅＶ／μｍ以下が好ましく、４０ｋｅＶ／μｍより低いことがより好ましく、１３ｋｅＶ／μｍ付近がさらに好ましいことがわかる。ＬＥＴが高すぎると分解度が下がるのは、ＤＮＡ鎖の切断が局所で集中的に発生し、ＤＮＡハイドロゲル６の分解が部分的になったものと考えられる。

また、ＤＮＡ１の濃度は、ゲルを作製できる濃度の範囲で１００（ｍｇ／ｍｌ）より低いことが好ましく、ゲルを作製できる濃度の範囲で７０（ｍｇ／ｍｌ）以下がさらに好ましい。ＥＧＤＥ４の割合は、ゲルを作製できる濃度の範囲で２０（％）以下が好ましく、ゲルを作製できる濃度の範囲で１５（％）以下がさらに好ましい。

図３（Ｆ）は、スクロース存在下において１００Ｇｙの放射線を異なるＬＥＴで照射した場合の４種類のＤＮＡハイドロゲル６の分解度を示すグラフである。
図示するように、スクロース存在下においては、スクロース不存在下よりも分解度が全体に低いものの、ＬＥＴの上昇とともにＤＮＡハイドロゲル６の分解が促進されている。これは、重粒子線を用いる場合、ＤＮＡ鎖の直接電離もＤＮＡハイドロゲル６の分解に寄与するためであると考えられる。

図４は、薬剤８を内包させた薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０の実験結果を説明する説明図である。
図４（Ａ）は、ＤＮＡハイドロゲル６に薬剤８として金ナノ粒子（増感剤）を内包させた薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０に対して放射線を照射した場合の分解度を示すグラフである。

この例では、ＤＮＡ濃度１００（ｍｇ／ｍｌ）、架橋剤１５（％）のＤＮＡハイドロゲル６を用いて、金ナノ粒子の有無による分解度を比較している。
図示するように、金ナノ粒子を内包した薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０の方が、ＤＮＡハイドロゲル６よりも分解度が高い。金ナノ粒子によって分解が促進されているのは、金ナノ粒子が放射線を吸収、２次粒子を生成したためであると考えられる。従って、内包する薬剤８は、放射線を吸収し２次粒子を生成するものが好ましい。

図４（Ｂ）〜図４（Ｅ）は、高分子薬の薬剤８としてＦＩＴＣデキストランを用いた薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０ａ、低分子の薬剤８としてマンガン（ＩＩ）イオン０．１ｍＭを用いた薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０ｂ、低分子の薬剤８としてマンガン（ＩＩ）イオン１ｍＭを用いた薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０ｃ、低分子の薬剤８としてシスプラチン０．１ｍＭを用いた薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０ｄ、および、低分子の薬剤８としてシスプラチン１ｍＭを用いた薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０ｅについても放射線照射実験を行った結果を示す図である。

図４（Ｂ）、図４（Ｃ）に示す薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０ａは、ＤＮＡハイドロゲル１０ａ（ＦＩＴＣデキストラン内包）の場合、ＤＮＡ１にＥＧＤＥ４を混合し、ＦＩＴＣデキストランを５ｍｇ添加し、ＴＥＭＥＤを混合させ、水中で膨潤させることによって作製した。

なお、ＦＩＴＣデキストランは、サイズが大きすぎてＤＮＡハイドロゲル６を作製した後に内包させることができない。このため、ＤＮＡハイドロゲル６を作製する際に薬剤８（ＦＩＴＣデキストラン）を一緒に入れることで、薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０ａを作製している。

このように作製することで、ＦＩＴＣデキストランが薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０ａ内に内包されることを確認できた。ただし、このＦＩＴＣデキストランの内包によって薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０ａの分解がＤＮＡハイドロゲル６（コントロール３２）よりも抑制された。これは、ＦＩＴＣデキストランが放射線により産生されたラジカルを補足したためであると考えられる。従って、このＦＩＴＣデキストランを用いる場合は、内包する薬剤を最適化する（濃度を低くするなど）、放射線の線量やＬＥＴを強くする等の必要がある。

図４（Ｄ）、図４（Ｅ）に示す薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅは、ハイドロゲル６を５×５×５ｍｍ^３のブロックにし、マンガンあるいはシスプラチン水溶液へ３時間含浸し、その後、そのブロックを水溶液へ移し洗浄して作製した。

このように作製することで、マンガン（ＩＩ）イオンおよびシスプラチンについても、薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ内にそれぞれ内包されることを確認できた。ただしこの場合、薬剤内包によってゲルのサイズがコントロール３５，４２より縮小し、分解が抑制された。これは、薬剤中の金属イオンとＤＮＡハイドロゲル６のＤＮＡ鎖との相互作用によって、ＤＮＡハイドロゲル６がさらに架橋されたためであると考えられる。従って、このマンガン（ＩＩ）イオンまたはシスプラチンを用いる場合は、内包する薬剤を最適化する（濃度を低くするなど）、放射線の線量やＬＥＴを強くする等の必要がある。なお、図４（Ｅ）の符号４３は水である。

以上に説明したように、ＤＮＡハイドロゲル６または薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０に放射線を照射し、瞬時にゲルを分解することができる。放射線の照射場所および照射タイミングを精度よく制御することができるため、所望の場所において所望のタイミングでゲルを分解し、薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０から薬剤８を放出することができる。

従って、薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０は、重粒子線を含む放射線治療に好適に用いることができる。すなわち、極めて有効ながん治療法である重粒子線を含む放射線治療において、その効果と精度をより高め、副作用を最小化するためには、薬剤をがんに送り届ける「薬剤送達システム（ＤＤＳ）」および生体イメージングと組み合わせることが有効である。

ここで、診断薬剤や造影薬剤等の薬剤８を内包する薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０は、放射線応答型ハイドロゲルとして機能するため、重粒子線応答による薬剤放出を実現可能である。これにより、重粒子線を含む放射線治療において、治療効果の増強、照射線量および照射範囲の最小化、イメージングによる治療領域の迅速評価など、多くのメリットを提供することができる。このようにして、次世代型スマートＤＤＳ（薬物送達システム，Ｄｒｕｇ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ）を実現することができる。

また、ＤＮＡハイドロゲル６は、放射線照射で形状が変化することから、放射線科学の基礎研究のためのツールとして利用することができる。

また、ＤＮＡハイドロゲル６の架橋度を変化させることで、放射線分解性の程度を変えることが出来る。
また、ＤＮＡハイドロゲル６は、薬剤を内包（薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０）または担持（ＤＮＡハイドロゲル−薬剤複合体）することができるため、ドラッグデリバリー等の種々の治療やイメージングに用いることができる。

なお、放射線応答ハイドロゲルキット２０は、ＤＮＡハイドロゲル６を収納する構成としてもよい。この場合、内包可能は薬剤を表示する薬剤表示部を設け、放射線条件表示部２２には薬剤別に放射線条件を表示すると良い。また、ＤＮＡハイドロゲル６に対する放射線条件を放射線条件表示部２２に表示すると良い。この場合、利用者が使用する薬剤８を適宜選択して薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０を作製することができ、作製した薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０に対して適切な放射線を照射して分解および薬剤放出を実施することができる。

また、放射線応答ハイドロゲルキット２０は、核酸類と架橋剤と触媒を収納し、混合撹拌によるＤＮＡハイドロゲル６の作製方法を表示する作製方法表示部と、上述した放射線条件表示部２２、および薬剤表示部を設けるとよい。この場合、利用者は、使用時にＤＮＡハイドロゲル６を作製し、所望の薬剤８を用いて薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル１０を作製し、適切な放射線を照射して分解および薬剤放出を実施することができる。

また、核酸類としてサケ精巣由来の非環状２本鎖ＤＮＡ（２，０００塩基対）を用いたが、これに限らず様々な核酸類を用いることができる。特に、１本鎖ＤＮＡまたはＲＮＡ、あるいは１本鎖核酸様化合物を用いれば、２本鎖ＤＮＡより鎖の切断が容易になり、より低線量の放射線で分解することが可能になる。

また、ＤＮＡ鎖の配列をＤＮＡ合成技術によって制御することで、放射線により分解されたＤＮＡ鎖および放射線では分解されなかったが投与された生体の体内の酵素で分解されたＤＮＡ鎖が、その周辺組織に害を与えないようにすることができる。

また、アデニンとチミン、グアニンとシトシン、および、アデニンとウラシルの各組み合わせのいずれかの塩基対のみ、あるいはいずれかの塩基対を大部分とする核酸類を合成して核酸類ハイドロゲル（ＤＮＡハイドロゲル６）に用いてもよい。この場合、より高感度な放射線分解ハイドロゲルを作製することができる。

また、核酸類ハイドロゲルをナノ粒子化してもよい。これにより全身投与型薬物キャリアとして用いることができ、放射線に応答する新規薬物送達システムを提供することができる。

また、核酸類ハイドロゲルは、薬剤８として、放射線治療増強剤、防護剤、あるいは放射線イメージング造影剤等を用いることができる。また、核酸類ハイドロゲルは、化学薬剤併用治療、放射線の生体内センサー、あるいは放射線科学研究用ツールに用いることができる。

また、ＤＮＡハイドロゲル６は、所定の放射線で分解することを利用して、ＤＮＡのダメージを視覚的に見せるツールとして利用することができる。例えば、このＤＮＡハイドロゲル６を透明な容器に入れて人目に触れる場所に置いておけば、ＤＮＡハイドロゲル６がゲル状を保っていればこれまでに所定量の放射線が照射されたことがないとわかり、ＤＮＡハイドロゲル６が分解していれば所定量の放射線が照射されたことがわかる。これにより、ＤＮＡハイドロゲル６は、被ばくモニターとして利用することができる。

また、ＤＮＡハイドロゲル６は、合成ＤＮＡを用いて２液混合型（ＤＮＡ鎖の配列特異的な結合による３次元構築）のハイドロゲルとして構築してもよい。この場合、注射等の手段によって投与することが可能になる。

また、分解すると免疫細胞等の細胞に作用する核酸類を用いて核酸類ハイドロゲルを作製してもよい。この場合、この核酸類ハイドロゲルを放射線によって瞬時に分解し、所望の場所で所望のタイミングに細胞に作用させることができる。分解すると細胞に作用する核酸類を用いた核酸類ハイドロゲルの作製方法は、Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ ３２ （２０１１） ４８８−４９４「Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ ＣｐＧ ＤＮＡ ｈｙｄｒｏｇｅｌｓ ｆｏｒ ｓｕｓｔａｉｎｅｄ ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｏｆ ｄｏｘｏｒｕｂｉｃｉｎ ａｎｄ ｉｍｍｕｎｏｓｔｉｍｕｌａｔｏｒｙ ｓｉｇｎａｌｓ ｉｎ ｔｕｍｏｒ−ｂｅａｒｉｎｇ ｍｉｃｅ」（Ｍａｋｉｙａ Ｎｉｓｈｉｋａｗａ ｅｔ ａｌ．）のとおりである。

この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。

この発明は、放射線応答ハイドロゲル、ドラッグデリバリー、重粒子線応答による薬剤放出、放射線治療の効果を増強させる治療効果増強剤、放射線治療における照射線量および照射範囲の最小化、放射線防護剤、イメージングによる放射線治療領域の迅速判定、低線量被ばくのモニター材料、および、放射線科学の基礎研究のためのツール等に用いることができる。

１…ＤＮＡ
４…ＥＧＤＥ
６…ＤＮＡハイドロゲル
８…薬剤
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ…薬剤内包ＤＮＡハイドロゲル
２０…放射線応答ハイドロゲルキット
２２…放射線条件表示部

Claims (9)

1. 核酸類を架橋させて作製した核酸類ハイドロゲルに、
   前記核酸類ハイドロゲルにおける前記核酸類の鎖を切断する強度の放射線を所望の場所で照射する
   核酸類ハイドロゲル状態変更方法。
2. 前記核酸類の鎖を切断する強度の放射線は、ＬＥＴが８０ｋｅＶ／μｍ以下の放射線である
   請求項１記載の核酸類ハイドロゲル状態変更方法。
3. 前記核酸類ハイドロゲルは、含水率９５％以上の架橋度を有する
   請求項１または２記載の核酸類ハイドロゲル状態変更方法。
4. 前記核酸類ハイドロゲルは、ゲル作製前の核酸類の濃度が１００（ｍｇ／ｍｌ）より低く、架橋剤の割合が２０（％）以下である
   請求項１、２または３記載の核酸類ハイドロゲル状態変更方法。
5. 前記核酸類ハイドロゲルは、高分子物質、ナノ粒子物質、および核酸類と相互作用する低分子物質から選択される少なくとも１つを目的物質として内包している
   請求項１から４のいずれか１つに記載の核酸類ハイドロゲル状態変更方法。
6. 複数の核酸類と、
   前記複数の核酸類を互いに架橋する架橋部とを備え、
   前記架橋部による架橋度は、放射線の照射によって分解する程度の架橋度である
   放射線分解ハイドロゲル。
7. 請求項６記載の放射性分解ハイドロゲルと、
   前記放射性分解ハイドロゲルに内包された物質とを備えた
   物質内包放射線分解ハイドロゲル。
8. 前記物質は、高分子物質、ナノ粒子物質、または核酸類と相互作用する低分子物質である
   請求項７記載の物質内包放射線分解ハイドロゲル。
9. 請求項６記載の放射線分解ハイドロゲル、または、請求項７または８記載の物質内包放射線分解ハイドロゲルと、
   ハイドロゲルが分解する放射線の条件を示す放射線条件表示部とを備えた
   放射線応答ハイドロゲルキット。