JP5280600B2 - 分裂中の細胞を破壊するための方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の属する技術分野】
本発明は、迅速に分裂中の細胞の選択的な破壊に関し、とりわけ分裂中の細胞を選択的に破壊するための方法および装置に関する。

【従来の技術】
腫瘍、特に悪性腫瘍またはガン性腫瘍は、正常組織と比較して非常に非制御的に増殖することが、当該技術分野で知られている。そのような促進した増殖は、腫瘍が過剰増殖する空間を占有し、そこに隣接する組織を損傷または破壊することを可能にする。さらに、特定のガンは、転移性ガン細胞がさらなる腫瘍に増殖する部位に、単一の細胞または小細胞クラスター（転移）を含むガン性「種（ｓｅｅｄｓ）」を伝播する能力によって特徴付けされる。

一般的な腫瘍の迅速な増殖、特に前述のような悪性腫瘍の迅速な増殖は、正常組織細胞と比較して、これらの細胞の比較的頻繁な細胞分裂または複製の結果である。ガン細胞の区別可能な頻繁な細胞分裂は、現在存在するガンの治療、例えば放射線治療および各種の化学的治療薬の使用の有効性に対する基礎となる。そのような治療は、分裂を経験している細胞が、非分裂細胞よりも放射線および化学的治療薬に対して感受性であるという事実に基づく。腫瘍細胞は、正常細胞よりずっと頻繁に分裂するため、細胞によって腫瘍細胞を選択的に損傷または破壊することがある程度可能であり、放射線治療および／または化学療法によって腫瘍細胞を選択的に損傷または破壊することがある程度可能である。放射線、治療薬等に対する細胞の実際の感受性はまた、正常細胞タイプまたは悪性腫瘍細胞タイプの各種のタイプの特異的な特徴に依存する。かくして残念なことに、腫瘍細胞の感受性は、正常組織の多くのタイプの感受性より有意に高いというわけではない。これは、腫瘍細胞と正常細胞の間を区別する能力を減少し、それ故存在するガンの治療は典型的に、正常組織に対して有意に損傷を引き起こし、かくしてそのような治療の治療上の有効性を制限する。さらに、他の組織に対する必然的な損傷は、治療を患者に対して非常に外傷性にし、しばしば患者は、見かけ上成功した治療から回復することが不可能である。また特定のタイプの腫瘍は、存在する治療方法に全く感受性ではない。

放射線治療または化学療法のみに依存しない、他の細胞破壊方法も存在する。例えば、腫瘍細胞を破壊するための超音波および電気的方法は、従来の治療に加えてまたはそれらに代えて使用することができる。典型的な電気的方法では、患者の身体と接触して配置された電極を使用して、電流を標的組織の領域に輸送する。適用電流は、標的組織の近傍の実質的に全ての細胞を破壊する。かくしてこのタイプの電気的方法は、標的組織内の各種のタイプの細胞の間を区別せず、腫瘍細胞と正常細胞の両者の破壊を引き起こす。

Ｍａｎｇａｎｏに対する米国特許第６，０４３，０６６（’０６６）号では、誘電性の膜によって囲まれた、伝導性内部コアを有する別個の目的物が、その誘電性の膜の不可逆的絶縁破壊を介して電場によって選択的に不活性化され得る方法および装置を提供する。これについての一つの可能性のある応用は、懸濁物中の特定の生物学的細胞の選択とパージングにおいてである。この特許によれば、電場が印加されて、選択された細胞を標的化することが、これらの腫瘍細胞の誘電性の膜の絶縁破壊を引き起こす一方、これが称するところによれば、他の所望される細胞のサブ集団に対しては負に影響しない。特徴的なエレクトロポレーション域値における固有のまたは誘導された差異に基づいて、細胞が選択される。この域値の差異は、細胞サイズの差異を含む数多くのパラメーターに依存できる。

それ故、’０６６特許の方法は、細胞サイズの差異と細胞膜の誘電特性の差異のため、腫瘍細胞のエレクトロポレーション域値が、正常細胞の域値と有意に区別可能であるという仮定に基づく。この仮定に基づいて、多くのタイプの腫瘍細胞の比較的大きいサイズは、これらの細胞をエレクトロポレーションに対してより感受性にし、それ故適切な電場を印加することによって、比較的大きい腫瘍細胞膜のみを選択的に破壊できる。この方法の一つの欠点は、区別する能力が、細胞のタイプに非常に依存的であり、例えば正常細胞と腫瘍細胞の間のサイズの差異が、特定のタイプの細胞においてのみ有意であるという点である。この方法の別の欠点は、サイズおよび誘電特性の差異が非常に統計学的なものであり、実際の細胞の形状と誘電特性は顕著に様々であるために、印加される電圧が、ある正常細胞を破壊し、腫瘍細胞の全てを破壊するというわけではないという点である。

組織培養物、微生物（細菌、マイコプラズマ、酵母、原生動物、および他の単細胞生物のような）、真菌、藻類、植物細胞等を含む、全ての生存生物は、細胞分裂によって増殖する。特定の薬剤に対するこれらの生物の分裂中の細胞の感受性に基づく方法によって、生物の分裂中の細胞を破壊することができ、その増殖を制御できる。例えば、特定の抗生物質は、細菌の複製工程を停止する。

真核生物の細胞分裂の工程は「有糸分裂」と称され、９の別個のフェーズを含む（Ｄａｒｎｅｌｌ等， Ｍｏｌｕｃｕｌａｒ Ｃｅｌｌ Ｂｉｏｌｏｇｙ， Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ： Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｂｏｏｋｓ， １９８６， ｐ． １４９）。分裂間期の間で、細胞は染色体ＤＮＡを複製し、それが早前期において凝集を開始する。この時点で、中心小体（各細胞二つ含む）が、細胞の反対の極に向かって移動する。中前期では、各染色体は二対の染色分体よりなる。微小管紡錘体が、中心小体に隣接した領域から放射状に広がって、中心小体は各極に近づく。後前期までに、中心小体は極に到達し、いくつかの紡錘体繊維は細胞の中央に広がる一方、他のものは極から中心小体に広がる。次いで細胞は中期に入り、染色体が細胞の赤道方向に移動し、赤道面に整列する。次は早後期であり、その間で反対の極の中心小体に向かって紡錘体繊維に沿って移動することによって、娘染色分体が赤道面で互いから分離する。細胞は極の軸に沿って伸長し始める；極と極を結ぶ紡錘体もまた伸長する。娘染色体（そのように称されないこともある）が互いにそれぞれ反対の極に到達すると、終後期が生じる。この時点で細胞質分裂が開始し、切断溝が細胞の赤道で形成し始める。言い換えると、終後期は、細胞膜のくびれが始まる時点である。終期の間で、細胞質分裂はほぼ完成し、紡錘体は消失する。比較的狭い膜結合部が、二つの細胞質を結んでいる。最後に膜が完全に分離し、細胞質分裂が完成して、細胞は間期に戻る。

有糸分裂では、紡錘体繊維に沿った細胞の反対の極への娘染色体の分離と、それに引き続く切断溝の形成と細胞の分裂を含む、第二の分裂を経験する。しかしながらこの分裂は、半数体生殖細胞を生産する染色体複製によっては進行しない。

細菌も、染色体複製と、それに引き続く細胞の分離によって分裂する。しかしながら娘染色体は、膜構成成分に対する接着によって分離する；真核生物細胞におけるような細胞分裂に寄与する視覚可能な装置は存在しない。

【発明が解決しようとする課題】
単細胞生物および非分裂細胞を含む、分裂中の細胞の間を適切に区別し、非分裂中の細胞または生物には実質的に影響しないで、分裂中の細胞または生物を選択的に破壊可能である分裂中の細胞を殺す方法は、当該技術分野で必要とされており、これまで入手されていない。

【課題を解決するための手段】
本発明は、増殖および分裂を経験している細胞を選択的に破壊するための新規な方法と装置を提供する。これは、生存中の組織および単細胞生物における細胞、特に腫瘍細胞を含む。本発明の方法と装置は、そのような生存中の組織または生物の増殖を除去または制御する。

本発明の方法と装置の主要な使用は、正常組織細胞には実質的に影響せずに、腫瘍細胞の選択的な破壊による腫瘍の治療であり、それ故本発明は、腫瘍細胞の選択的な破壊の意味で以下に記載される。しかしながら、以下の記載の目的について、用語、「細胞」は、単細胞生物（真正細菌、細菌、酵母、原生動物）、多細胞生物（真菌、藻類、糸状菌）、および「細胞」として通常は分類されない植物またはその一部をも称するであろうことは予測されるべきである。本発明の方法は、現在存在している方法よりも有効且つ正確な（例えば特異的な標的で要求されるようにより適用可能な）態様で、分裂を経験している細胞の選択的な破壊により、腫瘍細胞または他の生物の選択的な破壊が可能である。さらに本発明の方法は、正常細胞に対して、存在するとしても細胞の損傷のみを引き起こし、かくして、放射線治療および化学療法のような現在存在する選択的な破壊方法と関連する多くの副作用を減少または除去する。本発明の方法による分裂中の細胞の選択的な破壊は、化学的薬剤または放射線に対する細胞の感受性には依存しない。その代わりに、分裂中の細胞の選択的な破壊は、処理される細胞のタイプの細胞の形状に関わらず、非分裂中の細胞と比較した分裂を経験している細胞の区別可能な形状の特徴に基づく。

本発明の一つの実施態様では、細胞の形状に依存的な生存している組織の選択的な破壊は、以下に記載されるように、細胞中に不均一な電場を誘導することによって実施される。

非分裂中の状態における各種の細胞は、例えば球状、楕円状、シリンダー状、「パンケーキ」状といった各種の形状を有し、分裂工程にある実質的に全ての細胞は、後中期および後期において「切断溝」の形成によって特徴付けされることが、本発明者によって観察された。この切断溝は、細胞を二つの新たな細胞に段階的に分離する成長する断面（例えば溝または裂け目）として顕微鏡的に出現する、（二セットの娘染色体の間の）細胞膜のゆっくりとした構築物である。この分裂工程の間で、細胞構築物が、本質的にこの細胞物質に形成された狭い「ブリッジ」によって内部連絡された二つのサブ細胞の構築物となる一過的な時期（終期）が存在する。二つのサブ細胞の間の「ブリッジ」が壊れることで、細胞分裂工程は完成する。本発明の一つの実施態様による腫瘍細胞の選択的な破壊は、以下に記載されるように、分裂中の細胞の独特の形状特性を利用する。

細胞または細胞の群が、天然の状態または環境、即ち生存組織の一部にある場合、それらは、主として電解的な細胞内の液体よりなる伝導性環境と、主として電解的な細胞間の液体よりなる他の細胞によって囲まれて配置されている。組織を横断して電位を印加することによって、生存中の組織内に電場を誘導すると、存在する組織内に電場が形成され、電流が組織中に実際に誘導された場合、電場線の特異的な分布と配置が組織中の電流の通過を定義する。電場の分布と配置は、各種の組織構成成分の形状と電気的特性、ならびに組織構成成分の相対的な伝導性、静電容量、および誘電定数（依存する周波数であって良い）を含む、組織の各種のパラメーターに依存する。

比較的低周波数を有する定常電場または交流電場について、各種のシステム構成成分の誘電特性が、電場の分布の決定において無視されて良い。それ故、第一次近似として、組織特性は、各種の組織構成成分の相対的なインピーダンスまたは伝導性によって合理的に表されて良い。これらの条件の下で、細胞内液体と細胞間液体の両者は、相対的に低いインピーダンスを有する一方で、細胞膜は非常に高いインピーダンスを有する。かくしてこれらの条件の下で、電場線の分画、または電場によって生成される電流のみが、細胞を浸透するであろう。電場線または電流は、電場または電流を生成する極に最も近い膜の一部を通じて細胞を浸透するであろう。次いで電流は、細胞の内部の一般的に均一な電場に応答して、一般的に均一なパターンで細胞を横切って流れ、他方の極に最も近い細胞膜の一部を通過して細胞から出る。

分裂を経験している細胞についての電流フローパターンは、非常に異なって独特である。そのような細胞は、特に細胞質「ブリッジ」または「ネック」によって結ばれた、「元々の」細胞と新たに形成された細胞である、第一と第二のサブ細胞を含む。電流は、電流供給極の膜の一部を通じて第一のサブ細胞を浸透する；しかしながらそれらは、反対の極（即ち吸い込み点）に最も近い細胞の膜の一部を通じて第一のサブ細胞から出ることはない。その代わり、電流フローの線はネックまたは細胞質ブリッジで収束し、それによって電流フローの線の密度は非常に増大する。対応する「鏡像」プロセスが第二のサブ細胞内で生じ、それによって電流フローの線は、ブリッジから遠ざかるようにより低密度の配置で発散し、最後に吸い込み点に最も近い膜の一部から第二のサブ細胞を出る。

正味電荷を有さない目的物が均一な電場に配置された場合、目的物は分極するであろうが、正味電気力はそれに対して機能しないことが周知である。しかしながら、そのような目的物が不均一な収束または発散電場に配置された場合、電気力はそれに対して機能し、より高密度である電場線に向けてそれを引っ張る。分裂中の細胞の場合では、力は二つの細胞の間で細胞質ブリッジの方向に発揮される。全ての細胞内オルガネラは分極可能なため、それらは二つの細胞の間のブリッジに向けて全て引っ張られる。場の分極性は前記力の方向に無関係であり、それ故交流電場が実質的に同じ効果を生産するために使用されて良い。巨大分子または細胞内オルガネラに作用する電気力、および不均一な電場に応答するそのような巨大分子または細胞内オルガネラのその後の移動は、当該技術分野で知られている。

ブリッジに向かう細胞オルガネラの移動は細胞構造を破壊し、連結したブリッジ膜の近傍で増加した圧力を引き起こす。ブリッジ膜でのオルガネラのこの圧力はブリッジ膜を破壊すると予測され、それ故分裂中の細胞は、この圧力に応答して「破裂」するであろうと予測される。膜を壊し、他の細胞構造を破壊する能力は、一定の交流電場よりむしろ、脈動する交流電場を印加することによって増大できる。脈動する電場が組織に印加された場合、細胞内オルガネラにかかる力は、「ハンマリング」効果を有し、それによって力のパルス（またはビート）が一秒あたり数回オルガネラに印加され、両方のサブ細胞からブリッジ（またはネック）部分に向けて異なるサイズおよび質量のオルガネラの移動を増大し、それによってブリッジ部分での細胞膜の破壊の可能性を増大する。細胞内オルガネラにかかる力はまたオルガネラ自身にも影響し、オルガネラを崩壊または破壊するであろう。

しかしながら、分裂中の細胞を破壊するのに有効である電場が、分裂中の細胞の形状に対して正確に配向されるべきであることは注意しなければならない。それ故、本発明によれば、高いパーセンテージの分裂中の細胞を有効に破壊するために、腫瘍細胞に印加される電位は、好ましくは腫瘍組織に対して回転される。別法として、もし電場が十分に長期間に亘り印加されるのであれば、上皮細胞のように空間的に配向していない細胞は、分裂工程の間で、または複数の分裂でその配向を一定に変化するであろうため、結局全ての分裂中の細胞に影響することが予測される。不連続な、例えば定期的な、長期に亘る電場の印加、例えば数時間に亘るオンとオフの電場の印加もまた、全ての腫瘍細胞を破壊すると予測される。

電場に対して感受性であるであろう正常細胞は、比較的頻繁な分裂を経験する細胞である。そのような細胞は、主に造血系、卵巣または精巣、特定の皮膚層、および胚において存在する。そのような組織では、化学療法および放射線のような従来のガン治療に当てはまるような、正常細胞の非所望の破壊が生じるであろう。それ故、本発明の好ましい実施態様では、例えば電極の遮蔽または電極の局所的な適用によって、迅速に分裂する正常細胞の領域を選択的に避けて電場が印加される。遮蔽は、銅、アルミニウム、スチール等のような伝導性物質によって実施できる。さらにまたは別法として、例えば電場誘導電極の配置を制御することによって、電場は特異的な領域に選択的に標的化されても良い。さらにまたは別法として、保護領域で一次電場の効果を消失するために、例えば保護された領域で反対の分極の二次電場を印加することによって、積極的な手段により電場を制御しても良い。

本発明の一つの実施態様では、皮膚と実際に接触してまたは接触せずに、所望の領域に金属電極を配置することによって、電場が身体に生成されても良い。もし伝導性の電流と関連しない電場が所望されるのであれば、電極を電気的に絶縁しても良い。体腔を通じて挿入することによって、または身体の表面を浸透することによって、生存組織内に電極を導入することにより、分極した内部電場を生産しても良い。電場の分極および電位を正確に制御することにより、所望の領域のみに有効であるように、比較的高い解像度で電場を制御して配向するまたは焦点を絞ることができる。さらに、導波管のような物理的構成成分を使用して、電場を配向し、腫瘍を含むことが知られた特異的部位に接近しても良い。

本発明はまた、生存している身体における腫瘍の治療以外の応用において使用されても良いことが予測されるべきである。実際、本発明に従った選択的な破壊は、例えば組織培養物、細菌、マイコプラズマ、原生動物、真菌、藻類、植物細胞等のような微生物といった、分裂および複製によって増殖するいかなる生物と結びつけて使用しても良い。そのような生物は、前述のような溝または裂け目の形成によって分裂する。溝または裂け目が深くなるにつれて、分裂中の動物細胞のサブ細胞の間で形成されるブリッジと同様な、生物の二つの部分の間で狭いブリッジが形成される。そのような生物は、前述の動物の細胞膜と同様な、比較的低い電気伝導性を有する膜によって覆われているので、分裂中の細胞における電場線は、分裂中の生物の二つの部分を結ぶブリッジで収束する。収束した電場線は、分裂中の細胞内で分極可能なエレメントを移動する電気力を引き起こす。

【発明の実施の形態】
細胞分裂工程の各種の段階を模式的に説明する図１Ａ−１Ｅが参照される。図１Ａは正常な形状の細胞１０を示し、それは一般的に当該技術分野で知られているように、球状（図面に示されているような）、楕円状、シリンダー状、「パンケーキ」状、またはいずれかの他の細胞の形状であっても良い。図１Ｂ−１Ｄは、分裂工程の各種の段階の間の細胞１０を示し、それは図１Ｅに示されているように、二つの新たな細胞１８と２０の形成を引き起こす。

図１Ｂ−１Ｄに示されているように、細胞１０の分裂工程は、特にサブ細胞１４と１６の二つの単位に段階的に細胞１０を分離するゆっくりと形成されていく裂け目１２によって特徴付けされ、二つの単位は新たな細胞１８と２０に次第に進化していく（図１Ｅ）。特に図１Ｄに示されているように、分裂工程は、細胞１０の構造が、基本的に狭い「ブリッジ」２２を含む細胞物質（細胞膜によって囲まれた細胞質）によって内部連結された二つのサブ細胞１４と１６の構造である一過的な期間によって特徴付けされる。

それぞれ比較的低周波数および比較的高周波数で、交流電位を提供することによって生産された電場にかけられた、非分裂中の細胞１０を模式的に説明する図２Ａおよび２Ｂが参照される。細胞１０は、細胞内オルガネラ、例えば核３０を含む。交流電位が、例えば処理される腫瘍の近傍といった所定の領域で患者に外的に設置されて良い電極２８と３２を通じて印加される。細胞１０が天然の状態、即ち生存組織の一部にある場合、それはほぼ電解的な細胞間液体よりなる伝導性環境（以下「体積伝導体」と称する）に配置される。電位が電極２８と３２を通じて印加される場合、生成した電場の電場線のいくつか（または電場に応答して組織中に誘導された電流）は細胞１０を浸透し、電場線の残り（または誘導電流）は、周囲の媒体を流動する。この場合電流フローの方向と実質的に一致する、電場線の特異的な配置は、システム構成成分の形状と電気的特性、例えば周波数依存的であって良いシステム構成成分の相対的伝導性と誘電定数に依存する。低周波数、例えば１０ｋＨｚよりかなり低い周波数では、構成成分の伝導性特性は電流フローを支配し、電場の配置は一般的に図２Ａに示されたものである。より高周波数、例えば１０ｋＨｚと１ＭＨｚの間の周波数では、構成成分の誘電特性はより重要となり、電場配置を最終的に支配し、一般的に図２Ｂに示されたような電場配置線を生成する。

一定の（即ちＤＣ）電場または比較的低周波数の交流電場、例えば１０ｋＨｚ未満の周波数では、各種の構成成分の誘電特性は、電場配置を決定および推定するのに重要ではない。それ故、第一次近似として、電場配置に関して、システムは、各種の構成成分の相対的インピーダンスによって理論的に表すことができる。この近似の下で、細胞間（即ち細胞外）電場および細胞内電場は比較的低いインピーダンスを有する一方で、細胞膜１１は比較的高いインピーダンスを有する。かくして、低周波数条件の下で、電場線（または電場によって誘導された電流）のわずかな分画のみが、細胞１０の膜１１を浸透する。対照的に、比較的高い周波数（例えば１０ｋＨｚ−１ＭＨｚ）では、細胞間および細胞内液体に対する膜１１のインピーダンスは減少し、かくして細胞を浸透する電流の分画は有意に増大する。非常に高い周波数、即ち１ＭＨｚより高い周波数では、膜の静電容量は膜の抵抗をショートし、それ故膜全体の抵抗は無視して良くなるであろうことに注意すべきである。

前述の実施態様のいずれでも、電場線（または誘導電流）は、電流を生成する電極の一方に最も近い、例えば陽極２８（「供給源」とも称される）に最も近い膜１１の部分から細胞１０を浸透する。細胞１０を横切る電流フローパターンは、実質的に均一である。電流は、反対の電極、例えば陰極３２（「吸い込み」とも称される）に最も近い膜１１の一部を通じて細胞１０から出る。

電場線と電流フローの間の区別は、数多くの因子、例えば印加電位の周波数、および電極２８と３２が電気的に絶縁しているかに依存するであろう。ＤＣまたは低周波数の交流電圧を印加する絶縁電極については、電場線に沿った電流フローは実質的に存在しない。より高い周波数では、細胞膜（それはある程度コンデンサーとして機能する）の荷電と脱荷電により、電束電流が組織に誘導され、そのような電流フローは電場線に従う。対照的に、非絶縁電極によって生成される電場は、いくつかの形態の電流フローを生成し、特にＤＣまたは低周波数の交流電場は、電場線に沿った誘電性の電流フローを生成し、高周波数の交流電場は、電場に沿った伝導と電束電流の両者を生成する。しかしながら、本発明に従った分極可能な細胞内オルガネラの移動（以下に記載される）は、実際の電流のフローに依存することがなく、それ故絶縁および非絶縁電極が、本発明と結びつけて有効に使用されて良い。言うまでもなく、絶縁電極は、より低い出力消費と、処理領域のより低い加熱を引き起こすという利点を有する。

本発明の実施態様に従った高周波数の交流電場の影響下での、分裂工程の間の細胞１０における電流フローパターンを模式的に説明する図３Ａ−３Ｃが参照される。電場線または誘導電流は、電極２８により近いサブ細胞１６の膜の一部を通じて細胞１０に浸透する。しかしながら、それらは新たに形成されたまだ結合しているサブ細胞１４とサブ細胞１６を連絡する細胞質ブリッジ２２を通じて、またはブリッジ２２の近傍の膜の一部を通じて出ることはない。その代わりに、電場線または電流フロー線−それらはサブ細胞１６において比較的広く分離している−は、ブリッジ２２（「ネック」２２との称される）に近づくに連れて収束し、ネック２２内で電流／電場線密度は劇的に増加する。「鏡像」プロセスがサブ細胞１４において生じ、それによってブリッジ２２における収束した電場線は、サブ細胞１４の外側領域に近づくに連れて発散する。

均一な電場は、電気的に中性な目的物、即ち実質的にゼロの見かけの電荷を有する目的物に対して力を発揮しないが、そのような目的物は分極することは当業者に予測されるはずである。しかしながら、不均一な条件下では、図３Ａ−３Ｃに示されているように電場が収束し、電気力が分極した目的物に発揮され、より高い密度の電場の方向にそれらを移動する。図３Ａおよび３Ｂの配置では、分極した目的物の移動の方向は、より高い密度の電場に向かう、即ちサブ細胞１４と１６の間の細胞質ブリッジ２２に向かう。全ての細胞内オルガネラ、例えばサブ細胞１４と１６の核２４と２６は分極可能であり、かくしてそのような細胞内オルガネラは、ブリッジ２２の方向に電気的に吸引されるであろうことは、当業者に知られている。前記移動は、より低い密度の電流からより高い密度の電流に常に向かうので、電場の極性に関わらず、交流電場によって核２４と２６のようなオルガネラに適用される力は、常にブリッジ２２の方向である。そのような力の総合的な記載、およびその結果としての巨大分子または細胞内オルガネラの移動、誘電電気泳動に関する現象は、例えばＣ．Ｌ． Ａｓｂｕｒｙ ＆ Ｇ． ｖａｎ ｄｅｎ Ｅｎｇｈ， Ｂｉｏｐｈｙｓ． Ｊ． ７４， １０２４−１０３０， １９９８といった文献に詳しく記載されており、この文献の開示は参考としてここに取り込まれる。

ブリッジ２２に向かうオルガネラ２４と２６の移動は、分裂中の細胞の構造を破壊し、その結果、ブリッジ膜２２に対する収束するオルガネラの圧力は、図３Ｃに模式的に示されているように、ブリッジ２２の近傍で細胞膜１１の破裂を引き起こす。ブリッジ２２で膜１１を破壊する能力、およびさもなければ細胞構造および組織化を破壊する能力は、定常ＡＣ電場よりむしろ、脈動的なＡＣ電場を印加することによって増大されても良い。脈動電場が印加される場合、オルガネラ２４と２６に作用する力は、「ハンマリング」効果を有しても良く、それによって脈動する力が、所望のリズム、例えば一秒あたり選択された回数で細胞内オルガネラに与えられる。そのような「ハンマリング」は、サブ細胞１４と１６からネック２２に向かう細胞内オルガネラの移動を促進し、それによってネック２２の近傍で細胞膜１１を破壊する可能性を増大する。

細胞内オルガネラの所望の移動を引き起こす電場の有効性は、分裂中の細胞に対する電場の向きに依存することが予測される。例えば、ブリッジ２２の経線軸に沿った電場（即ち図面に示された向き）は、細胞を破壊するのに一般的に有効ではないであろう。それ故、本発明の一つの実施態様では、処理される組織に印加される交流電位が、組織に対して回転される。さらにまたは別法として、分裂の配向をランダムに変化する細胞のタイプは、十分に長期的に電場を印加することによって、または例えば破壊される細胞の細胞分裂サイクルに従って、周期的に電場の印加を繰り返し、それによって電場線が最終的に有効な向きで分裂中の全ての細胞と相互作用することによって破壊されても良い。しかしながら、特定のタイプの細胞、例えば上皮細胞は、一般的に特異的な向きでのみ分裂することが予測され、それ故そのような細胞を有効に破壊するために、電場の向きは、細胞の分裂の配向に従って調節されるべきである。

腫瘍細胞を破壊する電場の予測される有効性を説明するために、比較的穏やかな速度で増殖する腫瘍、例えば６ヶ月で１ｃｍ^３から２ｃｍ^３の大きさに倍加する腫瘍に対する、電場の印加の効果の例示的分析が以下に示される。そのような腫瘍では、平均して、各細胞は２０−３０分ごとに分裂し、各分裂は約１０−２０分間の切断段階（図１Ｂ−１Ｄ）を有する。かくして、例えば約２時間の全体の期間でこの腫瘍に印加される電場（その期間は数多くの断片的期間に分割されて良い）は、腫瘍組織の近傍の正常（非分裂中の）細胞を損傷することなく、実質的に全ての腫瘍細胞を破壊する高い可能性を有する。この期待される結果は、元々の腫瘍細胞だけではなく、同様の性質を有する各種の位置に出現する転移物に対しても適用される。本発明の方法は、非分裂中の細胞に対する損傷を実質的に引き起こさないため、この方法は、検出可能である前の腫瘍を除去するために、予防的治療として使用されてもよく、それによって健康な組織は、過剰または不必要な治療によって損傷されることはない。

特定の正常細胞、例えば造血系、卵巣または精巣、皮膚、および胚等における細胞は、比較的頻繁な分裂を経験しており、それ故電場に感受性であることが予測される。この状況は、治療的な放射線または化学療法のような、現在存在する腫瘍治療でも生じている。それ故、本発明の一つの実施態様では、感受性（即ち頻繁に分裂している）正常細胞を含む領域は、電場によってカバーされる領域から選択的に排除される、および／または印加電場から遮蔽される。このような遮蔽（シールディング）は、電場を消散するために感受性の領域を周りに、銅、アルミニウム、スチール等のような伝導性物質を配置することによって実施されても良い。さらにまたは別法として、例えば電場生産電極２８と３０の配置を制御することによって、特異的な標的領域に選択的に電場を印加しても良い。さらにまたは別法として、電極が身体に挿入され、標的組織の近傍に配置されて、それによって破壊される細胞の近傍に局在した電場を生産しても良い。

本発明の一つの実施態様では、皮膚と実際に接触してまたは接触せずに、所望の領域上に金属電極を配置することによって、身体に電場が生成されて良い。電場の分極性と電位を正確に制御することによって、所望の領域のみに有効なように比較的高い解像度で、電場を制御し配向するまたは焦点を絞ることができる。さらにまたは別法として、円形導波管のような物理的構成成分が、腫瘍を含むことが知られた特的な部位に電場を向けさせ接近するために使用されても良い。

【実施例】
図４は、電場を印加しない場合の、典型的な細胞分裂を示す所定の期間に得られた多数の連続的な顕微鏡写真フレームを表す。この実施態様では、細胞はＢＨＫ（ベビーハムスター腎臓）細胞である。顕微鏡写真は、４０分の期間で撮られた。細胞は、標準的培養培地（ＤＭＥＭ）で培養された。時間と分（時：分）の用語で写真の上部に時間が示されている。細胞分裂をより鮮明に示すために、写真は５００倍の倍率で得られる。興味ある領域を強調するために、各写真に楕円が与えられている。フレームＡは、分裂工程の前の分裂中の細胞の位置を示す。非分裂中の細胞は、通常組織培養プレートにへばりついている。この状態では、細胞は写真のフレームにおける隣の細胞から区別できない。フレームＢでは、分裂について細胞自体を準備するように細胞を見て、より球状の形状で写真を撮ることができる。細胞はこの一般的な形状を当然採用するので、細胞は隣の細胞からより明確に区別される。分裂工程が継続すると、分裂中の細胞はフレームＣに示されている裂け目を形成し、フレームＤに示されているように砂時計上の形状を採用するように進行する。フレームＥでは、分裂中の細胞は二つの別個の細胞にちぎれ、フレームＦでは細胞は互いから遠ざかって移動する。娘細胞がフレームＧで平らになり始め、フレームＨでは最終的に消える。

図５は、本発明の方法の適用を説明する、所定の期間で撮られた数多くの連続的な顕微鏡写真フレームを示す。とりわけ図５は、本発明に従った電場を制限された所定の期間適用した場合の、ＢＨＫ細胞の停止した分裂を示す。この実施例では、顕微鏡写真は６時間の期間に亘って撮られ、電場は１時間４０分間活性化された。細胞は標準的な組織培養培地で生育した。電場の強度は７８Ｖ／ｃｍであり、周波数は１００ｋＨｚであった。再言すると、時間と分（時：分）の用語で、各写真フレームの上部に時間が示されている。この実施例では、倍率は２５０倍のオーダーであり、興味ある領域を強調するため楕円が示されている。

フレームＡは、電場が印加された状態で撮られ、分裂の工程における細胞を示す。細胞はプレートから突出しており、裂け目を有する。約４０分後、分裂工程が完成したと予期される頃、フレームＢに示される細胞は球状の形状を維持しており、図４の議論において同定される裂け目はこの時点で同定できない。さらに４０分後、フレームＣに示されたような分裂中の細胞は、分裂工程を完成できない。電場を不活性化した約２０分後、フレームＤが撮られる。このフレームでは、分裂中の細胞はまだ分裂工程にあり、一般的に砂時計上の形状を採用している。その後のフレームＥからＩ（４０分間隔で撮られた）は、撮影時間の残り（３時間）で、細胞が一般的に砂時計状の形状を維持し、分裂工程を完成できないことを示す。

ここで使用される用語、「腫瘍」は、制御不可能に増殖するトランスフォーム化細胞を含む悪性腫瘍組織を指す。腫瘍は、白血病、リンパ腫、骨髄腫、形質細胞腫等；および固形腫瘍を含む。本発明に従って治療できる固形腫瘍の例は、肉腫および癌腫を含み、例えば線維肉腫、粘液肉腫、脂肪肉腫、軟骨肉腫、骨形成性肉腫、脊索腫、血管肉腫、内皮肉腫、リンパ管肉腫、リンパ管内皮肉腫、骨膜腫、中皮腫、ユーイング腫、平滑筋肉腫、横紋筋肉腫、大腸癌腫、膵臓ガン、乳ガン、卵巣ガン、前立腺ガン、鱗状細胞癌腫、基底細胞癌腫、腺ガン、汗腺ガン、皮脂腺ガン、乳頭ガン、乳頭腺ガン、嚢胞腺ガン、骨髄癌腫、気管支原性癌腫、腎細胞癌腫、肝細胞ガン、胆管癌腫、絨毛癌、精上皮腫、小細胞肺ガン、膀胱ガン、上皮ガン、神経膠腫、星状細胞腫、髄芽細胞腫、頭蓋咽頭腫、脳室上衣細胞腫、松果体腫、過誤芽腫、聴神経腫、希突起神経膠腫、髄膜腫、黒色腫、神経芽細胞腫、および網膜芽細胞腫を制限することなく含む。これらの腫瘍のそれぞれは迅速な増殖を経験しているため、どれも本発明に従って治療できる。本発明は、手術および放射線で治療するのが困難であり、しばしば化学療法または遺伝子治療で接近不可能である脳腫瘍を治療するために特に有利である。さらに本発明は、本発明によって提供される局所的治療の容易性のため、皮膚腫瘍および乳ガンにおける使用に適している。

さらに本発明は、不適切な増殖を経験している組織に対する本発明の電場の印加によって、皮悪性腫瘍または前悪性腫瘍条件と関連する非制御的な増殖、および不適切な細胞または増殖を含む他の疾患を制御することができる。例えば本発明は、特に頭蓋内の部位における動静脈（ＡＶ）奇形の治療に有用である。本発明は、炎症および血管増殖；および炎症およびおそらく血管増殖と関連する疾患である穏やかな前立腺肥大によって特徴付けされる皮膚科学的疾患である乾癬を治療するためにも使用できる。他の過剰増殖性疾患の治療も企図される。

さらに、手術または外傷の後の傷跡およびケロイド形成、ならびに血管形成の後の再狭窄を導く、傷の治癒と関連する非所望の線維芽腫および上皮細胞増殖が、本発明に従った電場の印加によって阻害できる。本発明の非侵襲性の性質は、特に内部の傷跡および接着の形成を予防し、または冠状動脈、頸動脈、および他の重要な動脈の再狭窄を阻害するため、これらのタイプの疾患に対して特に所望される。

かくして本発明は、両者のタイプの細胞または器官を含む生存組織に対するこの方法の適用によって、分裂中の細胞、例えば腫瘍細胞および寄生生物を選択的に破壊する一方で、非分裂中の細胞または器官には影響しない、有効で単純な方法を提供する。かくして、従来の多くの方法とは異なり、本発明は正常細胞または器官を損傷しない。さらに本発明は、細胞のタイプ（例えば各種のサイズを有する細胞）に基づいて識別することはなく、それ故各種の寸法を含む広範囲の特徴を有するいずれのタイプのサイズをも治療するために使用できる。

本発明は、添付された図面を参考にして大雑把に記載された実施態様に制限されることはないことは、当業者に予測されるであろう。むしろ本発明は、添付された特許請求の範囲にのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１Ａ−１Ｅは、細胞分裂工程の各種の段階の、単純化した模式的な断面図である。
【図２】図２Ａと２Ｂは、本発明の実施態様に従った、電場にかけられた非分裂中の細胞の模式図である。
【図３】図３Ａ、３Ｂ、および３Ｃは、本発明の実施態様に従った、細胞の破壊を引き起こす電場にかけられた分裂中の細胞（図３Ｃ）の模式図である。
【図４】図４は、典型的な細胞分裂工程を説明する各時点で得られる、一連の連続的な顕微鏡写真フレームである。
【図５】図５は、分裂工程を完成することができない細胞を引き起こす、本発明の方法に従った電場にかけられている分裂中の細胞を説明する、一連の連続的な顕微鏡写真フレームである。
【符号の説明】
１０：細胞
１１：細胞膜
１２：裂け目
１４：サブ細胞
１６：サブ細胞
１８：新たな細胞
２０：新たな細胞
２２：ブリッジ、ネック
２４：オルガネラ
２６：オルガネラ
２８：電極（陽極）
３０：オルガネラ
３２：電極（陰極）

Claims (20)

1. 生存組織において、非分裂中の細胞または生物には実質的に影響しないで、分極可能な細胞内成分（２４、２６）を有する分裂中の細胞（１０）を選択的に破壊する、または分裂中の細胞（１０）の増殖を制御する装置であって、
   第一および第二の絶縁電極（２８、３２）（ここで第一および第二の電極（２８、３２）は、処理される前記生存組織の近傍に配置される）；
   第一および第二の電極（２８、３２）を横切って交流電位を印加し、交流電場を生成するための電場供給源であって、
   前記電位が、終後期または終期における分裂中の細胞（１０）内に、分裂中の細胞（１０）の切断溝（２２）の領域で一般的に収束し、そこで増大した密度の電場を規定する電場線を有する不均一な電場を供給する１０ｋＨｚから１ＭＨｚの間の周波数を有する電場供給源を含み、
   前記分裂中の細胞（１０）内で発生した前記不均一な電場が、前記細胞内成分（２４、２６）が前記切断溝（２２）を破壊し、前記分裂中の細胞（１０）の破壊または分裂中の細胞（１０）の増殖制御を引き起こすまで、切断溝（２２）に向けて前記細胞内成分（２４、２６）を移動させる、装置。
   
2. 前記電場が、脈動する電場である、請求項１に記載の装置。
   
3. 前記電場を消散することにより前記電場から感受性領域を遮蔽するためのシールドをさらに含む、請求項１に記載の装置。
   
4. 所望の部位に前記電場を配向するよう位置しうる金属電極をさらに含む、請求項１に記載の装置。
   
5. 所望の部位に前記電場を配向する導波管をさらに含む、請求項１に記載の装置。
   
6. 前記電位が前記生存組織に対して回転されている、請求項１に記載の装置。
   
7. 前記電場供給源が、２時間未満の所定の期間に亘り前記電位を印加する、請求項１に記載の装置。
   
8. 前記電場供給源が、所定の期間に亘り前記電位を除去し、所定の期間が経過した後、前記電位を再印加する、請求項１に記載の装置。
   
9. 前記電場が、前記分裂中の細胞（１０）を通過する前は実質的に均一な電場である、請求項１に記載の装置。
   
10. 最初に言及された前記電場供給源により印加される前記電場に対して反対分極のさらなる電場を印加し、最初に言及された前記電場供給源により印加される前記電場を所望の部位で消失させ、それにより所望の部位で遮蔽するためのさらなる電場供給源をさらに含む、請求項１に記載の装置。
    
11. 生存組織において、非分裂中の細胞または生物には実質的に影響しないで、分極可能な細胞内成分（２４、２６）を有する分裂中の細胞（１０）の増殖を制御する装置であって、
    第一および第二の絶縁電極（２８、３２）（ここで第一および第二の電極（２８、３２）は、処理される前記生存組織の近傍に配置される）；
    第一および第二の電極（２８、３２）を横切って交流電位を印加し、交流電場を生成するための電場供給源であって、
    前記電位が、終後期または終期における分裂中の細胞（１０）内に、分裂中の細胞（１０）の切断溝（２２）の領域で一般的に収束し、そこで増大した密度の電場を規定する電場線を有する不均一な電場を供給する１０ｋＨｚから１ＭＨｚの間の周波数を有する電場供給源を含み、
    前記分裂中の細胞（１０）内で発生した前記不均一な電場が、前記細胞内成分（２４、２６）が前記切断溝（２２）を破壊し、前記分裂中の細胞（１０）の増殖制御を引き起こすまで、切断溝（２２）に向けて前記細胞内成分（２４、２６）を移動させる、装置。
    
12. 前記電場が、脈動する電場である、請求項１１に記載の装置。
    
13. 前記電場を消散することにより前記電場から感受性領域を遮蔽するためのシールドをさらに含む、請求項１１に記載の装置。
    
14. 所望の部位に前記電場を配向するよう位置しうる金属電極をさらに含む、請求項１１に記載の装置。
    
15. 所望の部位に前記電場を配向する導波管をさらに含む、請求項１１に記載の装置。
    
16. 前記電位が前記生存組織に対して回転されている、請求項１１に記載の装置。
    
17. 前記電場供給源が、２時間未満の所定の期間に亘り前記電位を印加する、請求項１１に記載の装置。
    
18. 前記電場供給源が、所定の期間に亘り前記電位を除去し、所定の期間が経過した後、前記電位を再印加する、請求項１１に記載の装置。
    
19. 前記電場が、前記分裂中の細胞（１０）を通過する前は実質的に均一な電場である、請求項１１に記載の装置。
    
20. 最初に言及された前記電場供給源により印加される前記電場に対して反対分極のさらなる電場を印加し、最初に言及された前記電場供給源により印加される前記電場を所望の部位で消失させ、それにより所望の部位で遮蔽するためのさらなる電場供給源をさらに含む、請求項１１に記載の装置。

Images