JP2021176469A - 紫外線利用血中ウィルス不活性化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】近年頻繁にウィルス感染症が発症し、多くの犠牲者が出ている。新しいウィルスに対してウィルスごとの対応が必要であり、多くの時間と経済損失が生じている。【解決手段】従来から紫外線は殺菌に使用されており、確立された技術であるが、さらに最近ウィルスに対して不活化効果と増殖抑制の効果あることが分かった。この発見により、患者の体内からの血液に対して紫外線放射を行いウィルスを弱体化し体に戻す装置を提案するものである。これにより患者固有のカスタムワクチンを実現しウィルスの種類に限らず全てのウィルスに有効な治療装置を提供するものである。【選択図】図１

Description

医療装置

紫外線や、太陽光により殺菌するという事は水処理などで従来から行われている。紫外線を発生する装置も水銀ランプ、半導体発光装置と数多くある。血液を体の外に取り出して加工し体に戻す装置も腎臓透析、人工心肺装置で広く行われている。ウィルス病は繰り返し人類に襲いかかっており、ウィルスの種類ごとに異なるワクチン開発が必要である。本発明はウィルスの種類に拠らず、紫外線を体外に取り出した血液に照射する治療方法を提供するものである。

特開平８−２３９０ 光触媒によるウィルスの感染価低下方法

［研究成果報告］紫外線発光ダイオード（ＵＶ−ＬＥＤ）照射によるＡ型インフルエンザウイルス不活化機構の解明‐高病原性鳥インフルエンザウイルスの不活化にも効果的 ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｔｏｋｕｓｈｉｍａ−ｕ．ａｃ．ｊｐ／ｄｏｃｓ／２０１８１２１２０００２３／

ウィルスの感染症の流行は、数年おきに起きている。新しいウィルスが発生する毎にそのウィルス特有のワクチンを開発するする必要がある。新しいワクチンの開発には長い時間と多くの費用が必要である。どのようなウィルスにも素早く対応できる方法が待たれている。

非特許文献で明らかなように、紫外線はＵＶＣ（２８０ｎｍ），ＵＶＢ（３１０ｎｍ），ＵＶＡ（３６５ｎｍ）の順にウィルスの不活化する効果が高いとなっている。一般的にＵＶＣは細胞を損傷する危険があると言われている。

同じく非特許文献ではウィルスが細胞に吸着する力は（吸着性能）は、紫外線照射により変化がない事が示されている。

さらに非特許文献によると、紫外線照射により宿主細胞内のウィルスのｖＲＮＡ，ｃＲＮＡ，ｍＲＮＡの増殖が抑制され、宿主細胞内でのウィルスＲＮＡの複製と転写の両方が抑制されている。
特記すべき事はこの効果は波長が一番長く、安全性の高いＵＶＡ紫外線も有しているという事である。

このような良い性質を持つ紫外線をウィルス感染症の治療に応用するために、体内の血液を管により体外に導き、その管の中に一定の速度で血液を流し、血液の流れの途中で紫外線の透過率が大きい例えばクォーツガラスのような材質を使用し、

この管の周りから紫外線を照射する事により、血液中のウィルスを不活性化し、あるいはウィルスの増殖能力を抑制し、あるいはウィルスそのものを殺菌する。

以上のように改変されたウィルスを含んだ血液を体に戻す装置。

体外に血液を導く場合に人工肺、または人工心臓の装置の一部として本発明の装置を組み入れた装置。

血液に紫外線を照射する紫外線暴露箱において、ウィルスの不活性化を目的とするＵＶＡ紫外線による照射の場合には血液が流れている管の表面に積算で１平方センチ当たり５ジュール以上のＵＶＡが照射されることを特徴とする装置。

血液に紫外線を照射する上記紫外線暴露箱において、ウィルスの不活性化を目的とするＵＶＢ紫外線による照射の場合には血液が流れている管の表面に積算で１平方センチ当たり０．５ジュール以上のＵＶＢが照射されることを特徴とする装置。

血液に紫外線を照射する上記紫外線暴露箱において、ウィルスの殺菌を目的とするＵＶＣ紫外線による照射の場合には血液が流れている管の表面に積算で１平方センチ当たり０．１ジュール以上のＵＶＣが照射されることを特徴とする装置。

非特許文献によるとウィルスに一番安全なＵＶＡ紫外線を照射した場合でも、紫外線を１平方センチメーター当たり５ジュール以上の場合は１０の１．５乗分の一以上に活性度が減る。
ＵＶＢ紫外線照射の場合は、１平方センチメーター当たり０．５ジュール以上の場合は１００分の１以上に活性度が減る。

ＵＶＡ，ＵＶＢ，ＵＶＣのいずれの紫外線を宿主細胞内でウィルスに照射すると、ウィルスＲＮＡの転写と複製が抑制され、ウィルスの増殖が抑制される。

活性力が低く増殖力も低下したウィルスを含んだ血液をウィルス病感染者の血液の中に戻すと、ウィルス病感染者の免疫が発動し、あたかもウィルス病感染者固有のカスタムワクチンと同じ効果をもたらす。またウィルスの種類に拠らずすべてのウィルスに有効でワクチン開発を個別に行う必要がない。

本発明は、すでにある、心肺装置や人工透析と組み合わせて、既往症を持つ患者に対してウィルス治療も同時に行える手段を提供するものである。

治療を受けるものの血液を体外に取り出し血液処理装置に導くことを示す図。 体外に取り出した血液を紫外線暴露装置に血流を調節しながら導くことを示す図。 本発明を人工心肺と組み合わせて利用することを示す図。 血液を紫外線に暴露する紫外線暴露装置を示す図。 照射紫外線の量とウィルスの不活率、生存率の関係を示す図。（非特許文献１から） 照射紫外線がウィルスＲＮＡの複製と転写を抑制した事を示す図。（非特許文献１から） 発光装置の光が血液に照射される計数αを決定する方法を示す図。

１ 血液を患者から取り込み血液を処理する血液処理装置
２ 血液を取り込む管
３ 処理した血液を戻す管
４、６ 血液の流量を制御する血流量調整装置
５ 血液を紫外線に暴露する紫外線暴露装置
７ 紫外線を血液に照射し、血流を制御する両方の機能を有する紫外線暴露システム
８ 紫外線暴露システムが人工心肺、透析など他、他の液処理システムと組み合わされた血液処理装置
９ 人工心肺または、人工透析などの装置
１０ 紫外線発光装置
１１ 受光装置
１２ 電力計

図１に本発明の実施例を示す。体外に取り出された血液は管２を通り、血液処理装置１に導かれる。処理された血液は管３を通り人体に返される。

血液処理装置１の中に図２ごとく血流の流量を制御する装置４または６と紫外線暴露装置５を有する紫外線暴露システム７を配す。血流制御装置４又は６は血液流量が充分制御されている場合はどちらか一つだけでもよい。

図４では紫外線暴露装置５において患者から導かれた血液が、管２を通り紫外線暴露装置を通過する間に紫外線を１平方センチ当たり積算０．５ジュール以上のＵＶＢ紫外線が暴露する。ＵＶＡ紫外線の場合は３０ジュール以上を照射する。

非特許文献には、ウィルスの不活性率と照射した紫外線の面積当たりのエネルギー（ジュール）の関係が記載されている。また照射エネルギーは紫外線ランプの出力（Ｗ）と次の関係で表せられる。

ここでσは非特許文献での単位面積当たりの照射エネルギー。ｒは図４の中の血

を暴露する長さ、ｔは血液が紫外線暴露装置５の中で紫外線に暴露されている時間である。Ｗは紫外線ランプの出力、αは紫外線発光装置１０と管２の物理的配置で決まる定数である。
血液が紫外線に暴露される時間ｔは管２の中の血液の速度ｖと毎秒送り込まれ

以上の２式から

これにより、紫外線発光装置１０の出力Ｗ，血液を取り込む管２の半径ｒ、装置に送り込む毎秒の血液の体積Ｖを調整し、血液に所定の単位面積当たりの紫外線のエネルギーを調整する。
αの値は紫外線発光装置１０と血液が流れる管２の間の物理的位置により決定するが、実際は以下のように決定する。
受光装置１１を管２の中を移動させ、紫外線発光装置１０の紫外線を受光し、その強度を電力計１２で計測する。
その移動時間をＴとすると

ここで、Ｗは紫外線発光装置１０の出力、Ｗ’は電力計１２で読み取られた受光装置１１で受光した光の強度である。

図５で、ウィルスに対する目標とする処理が、殺菌を目的とするものか、活性を抑制するものか、増殖を抑えるものかでσの値と紫外線の種類が決められる。

図３では紫外線暴露システムと人工心肺、または透析装置と組み合わせた実施例を示している。人工心肺や透析装置はすでに知られた装置だが、患者にさらにウィルス感染している場合には図３のように組み合わせて使用するのが効果的である。紫外線暴露システムとその他の血液処理装置はどちらの順番にするかは現場の事情に合わせて適宜行ってよい。

本発明は近年ますます頻繁に発生する様々なウィルス感染に対して、ユニバーサルな新しい医療手段を提供するものである。

医療装置

紫外線や、太陽光により殺菌するという事は水処理などで従来から行われている。紫外線を発生する装置も水銀ランプ、半導体発光装置と数多くある。血液を体の外に取り出して加工し体に戻す装置も腎臓透析、人工心肺装置で広く行われている。ウィルス病は繰り返し人類に襲いかかっており、ウィルスの種類ごとに異なるワクチン開発が必要である。本発明はウィルスの種類に拠らず、紫外線を体外に取り出した血液に照射する治療方法を提供するものである。

特開平８−0２３９７０号公報

（研究成果報告）紫外線発光ダイオード（UV-LED）照射によるA型インフルエンザウイルス不活化機構の解明―高病原性鳥インフルエンザウイルスの不活化にも効果的、インターネット＜URL:https://www.tokushima-u.ac.jp/docs/2018121200023/＞

ウィルスの感染症の流行は、数年おきに起きている。新しいウィルスが発生する毎にそのウィルス特有のワクチンを開発するする必要がある。 新しいワクチンの開発には長い時間と多くの費用が必要である。どのようなウィルスにも素早く対応できる方法が待たれている。

非特許文献で明らかなように、紫外線はUVC(280nm),UVB(310nm),UVA(365nm)の順にウィルスの不活化する効果が高いとなっている。一般的にUVCは細胞を損傷する危険があると言われている。

同じく非特許文献ではウィルスが細胞に吸着する力は（吸着性能）は、紫外線照射により変化がない事が示されている。

さらに非特許文献によると、紫外線照射により宿主細胞内のウィルスのvRNA,cRNA,mRNAの増殖が抑制され、宿主細胞内でのウィルスRNAの複製と転写の両方が抑制されている。
特記すべき事はこの効果は波長が一番長く、安全性の高いUVA紫外線も有しているという事である。

このような良い性質を持つ紫外線をウィルス感染症の治療に応用するために、体内の血液を管により体外に導き、その管の中に一定の速度で血液を流し、血液の流れの途中で紫外線の透過率が大きい例えばクォーツガラスのような材質を使用し、この管の周りから紫外線を照射する事により、血液中のウィルスを不活性化し、あるいはウィルスの増殖能力を抑制し、あるいはウィルスそのものを殺菌する。

以上のように改変されたウィルスを含んだ血液を体に戻す装置。

体外に血液を導く場合に人工肺、または人工心臓の装置の一部として本発明の装置を組み入れた装置。

血液に紫外線を照射する紫外線暴露箱において、ウィルスの不活性化を目的とするUVA紫外線による照射の場合には血液が流れている管の表面に積算で1平方センチ当たり5ジュール以上のUVAが照射されることを特徴とする装置。

血液に紫外線を照射する上記紫外線暴露箱において、ウィルスの不活性化を目的とするUVB紫外線による照射の場合には血液が流れている管の表面に積算で1平方センチ当たり０．5ジュール以上のUVBが照射されることを特徴とする装置。

血液に紫外線を照射する上記紫外線暴露箱において、ウィルスの殺菌を目的とするUVC紫外線による照射の場合には血液が流れている管の表面に積算で1平方センチ当たり０．１ジュール以上のUVCが照射されることを特徴とする装置。

非特許文献によるとウィルスに一番安全なUVA紫外線を照射した場合でも、紫外線を1平方センチメーター当たり5ジュール以上の場合は１０の１．５乗分の一以上に活性度が減る。
UVB紫外線照射の場合は、１平方センチメーター当たり０．５ジュール以上の場合は１００分の１以上に活性度が減る。

UVA,UVB,UVCのいずれの紫外線を宿主細胞内でウィルスに照射すると、ウィルスRNAの転写と複製が抑制され、ウィルスの増殖が抑制される。

活性力が低く増殖力も低下したウィルスを含んだ血液をウィルス病感染者の血液の中に戻すと、ウィルス病感染者の免疫が発動し、あたかもウィルス病感染者固有のカスタムワクチンと同じ効果をもたらす。またウィルスの種類に拠らずすべてのウィルスに有効でワクチン開発を個別に行う必要がない。

本発明は、すでにある、心肺装置や人工透析と組み合わせて、既往症を持つ患者に対してウィルス治療も同時に行える手段を提供するものである。

図1は、治療を受けるものの血液を体外に取り出し、本実施形態に係る血中ウィルス不活性化装置に導くことを示す図である。 図２は、体外に取り出した血液を本実施形態に係る血中ウィルス不活性化装置に血流を調節しながら導くことを示す図である。 図３は、本実施形態に係る血中ウィルス不活性化装置を人工心肺と組み合わせて利用することを示す図である。 図４は、本実施形態に係る血中ウィルス不活性化装置の紫外線暴露装置（血液を紫外線に暴露する装置）を示す図である。 図５は、照射紫外線の量とウィルスの不活率、生存率の関係を示す図である。（非特許文献１から引用） 図６は、照射紫外線がウィルスRNAの複製と転写を抑制した事を示す図である。（非特許文献１から引用） 図７は、発光装置の光が血液に照射される計数αを決定する方法を示す図である。

図１に本発明の実施例を示す。体外に取り出された血液は管２を通り、血液処理装置１に導かれる。処理された血液は管３を通り人体に返される。

血液処理装置１の中に図２ごとく血流の流量を制御する装置４または６と紫外線暴露装置５を有する紫外線暴露システム７を配す。血流制御装置４又は６は血液流量が充分制御されている場合はどちらか一つだけでもよい。

図４では紫外線暴露装置５において患者から導かれた血液が、管２を通り紫外線暴露装置を通過する間に紫外線を１平方センチ当たり積算０．５ジュール以上のUVB紫外線が暴露する。UVA紫外線の場合は３０ジュール以上を照射する。

非特許文献には、ウィルスの不活性率と照射した紫外線の面積当たりのエネルギー（ジュール）の関係が記載されている。また照射エネルギーは紫外線ランプの出力（W）と次の関係で表せられる。

ここでσは非特許文献での単位面積当たりの照射エネルギー。ｒは図４の中の血液が流れる管２の半径、ｌは紫外線暴露装置５の中の管２の長さすなわち紫外線を暴露する長さ、ｔは血液が紫外線暴露装置５の中で紫外線に暴露されている時間である。Wは紫外線ランプの出力、αは紫外線発光装置１０と管２の物理的配置で決まる定数である。
血液が紫外線に暴露される時間ｔは管２の中の血液の速度ｖと毎秒送り込まれる血液の体積Vと管２の長さｌから、

以上の２式から

これにより、紫外線発光装置１０の出力W,血液を取り込む管２の半径r、装置に送り込む毎秒の血液の体積Vを調整し、血液に所定の単位面積当たりの紫外線のエネルギーを調整する。
αの値は紫外線発光装置１０と血液が流れる管２の間の物理的位置により決定するが、実際は以下のように決定する。
受光装置１１を管２の中を移動させ、紫外線発光装置１０の紫外線を受光し、その強度を電力計１２で計測する。
その移動時間をTとすると

ここで、Wは紫外線発光装置10の出力、W’は電力計１２で読み取られた受光装置１１で受光した光の強度である。

図５で、ウィルスに対する目標とする処理が、殺菌を目的とするものか、活性を抑制するものか、増殖を抑えるものかでσの値と紫外線の種類が決められる。

図３では紫外線暴露システムと人工心肺、または透析装置と組み合わせた実施例を示している。人工心肺や透析装置はすでに知られた装置だが、患者にさらにウィルス感染している場合には図３のように組み合わせて使用するのが効果的である。紫外線暴露システムとその他の血液処理装置はどちらの順番にするかは現場の事情に合わせて適宜行ってよい。

本発明は近年ますます頻繁に発生する様々なウィルス感染に対して、ユニバーサルな新しい医療手段を提供するものである。

１ 血液を患者から取り込み血液を処理する血液処理装置
２ 血液を取り込む管
３ 処理した血液を戻す管
４、６ 血液の流量を制御する血流量調整装置
５ 血液を紫外線に暴露する紫外線暴露装置
７ 紫外線を血液に照射し、血流を制御する両方の機能を有する紫外線暴露システム
８ 紫外線暴露システムが人工心肺、透析など他、他の液処理システムと組み合わされた血液処理装置
９ 人工心肺または、人工透析などの装置
１０ 紫外線発光装置
１１ 受光装置
１２ 電力計

Claims (4)

1. 血液を送る管と、血液に紫外線を照射するための紫外線発光装置と、血流量を調整する血流量調整装置からなる血中ウィルス不活性化装置
2. 血液に照射される紫外線の量を、紫外線発光装置の出力Ｗ、血液を導く管の半径ｒ、単位時間当たりの血液の体積Ｖにより調節する請求項１の血中ウィルス不活性化装置
3. 血液中のウィルスＲＮＡの複製と転写を抑制するのを主目的として照射する場合はＵＶＡの紫外線、ウィルスの不活性化と殺菌を主目的とする場合はＵＶＢ又はＵＶＣ紫外線を利用する請求項１の血中ウィルス不活性化装置
4. 患者が人工心肺、人工透析を同時に必要とする場合に紫外線暴露装置と人工心肺装置、人工透析装置が直列に接続されている請求項１の血中ウィルス不活性化装置

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