JP5455220B2 - 組織、細胞又は検体を濃縮するための生検装置 - Google Patents

Description

本発明は包括的に医療機器、より詳細には生検装置に関する。

生検装置は一般に、その後の試験のために、動物又はヒトの体から組織、細胞又は検体のサンプルを得るのに用いられる。生検サンプルを得るには、生検装置を体内に挿入して、対象の組織、細胞又は検体を採取するのに適切な画分に至らせねばならない。生検の主な限界の１つは一般に、得られたサンプルが対象の組織、細胞又は検体を含んでいないことである。対象物質がその後の試験で検出可能であるように適切な濃度で採取される可能性を高めるために、多数の生検が行われるか又は採取量が増やされる可能性がある。しかしながら生検の数及びサンプル量を増やすことは生きた動物及びヒトでは限界がある。

上記目的及び他の目的を達成するために、また、本明細書中で具現及び記載される本発明の目的によれば、本発明は生検の部位における組織、細胞又は検体（薬物及び治療活性物質を含む）をｉｎ ｖｉｖｏで濃縮するように機能化された（functionalized）生検装置を対象とする。対象物質がその後の試験に適切な濃度で採取される可能性が、生検の数又はサンプル量を増やさずに一定期間体内の所定位置に本装置を保持することによって得られる。生検の部位は固形組織であってもよいが、好ましくは腹膜又は子宮又は胃腸管のような体腔、最も好ましくは動脈若しくは静脈又は尿管又はリンパ管又は総胆管又は膵管又は脊柱管のような管腔である。

濃縮法は一般に、対象物質と装置の表面との間の親和力相互作用に基づいている。親和力相互作用は特異的な受容体−リガンド相互作用若しくは非特異的付着又は装置と対象物質との間の物理的吸着（physical attraction）に基づいている。

本発明の一実施の形態では、生検装置は、生きた動物及びヒトにおける微量の細胞を捕捉するために、本発明に関連した改質されたスプリングワイヤ又は可撓性プラスチックロッド又はカテーテル又はステントである。

本発明の別の実施の形態では、生検装置（スプリングワイヤ、可撓性プラスチックロッド、カテーテル又はステント）は、微量の検体（バイオマーカ、薬物及び診断又は治療を目的とした放射性トレーサのような物質を含む）を捕捉するように機能化される。

本発明のさらに別の実施の形態では、生検装置（スプリングワイヤ、可撓性プラスチックロッド、カテーテル又はステント）は、検体又は粒子の物理特性を用いて検体又は粒子を物理的に吸着するように機能化される。

さらに別の実施の形態では、生検装置（スプリングワイヤ、可撓性プラスチックロッド、カテーテル又はステント）は、コラーゲンパッドを用いて体内の胚芽細胞又は成体幹細胞のような細胞を捕捉するように機能化される。

その後の試験のために、動物又はヒトの体から組織、細胞又は検体のサンプルを得るための生検装置は従来技術に記載されている（例えば米国特許出願公開第２００２／０２６１８８号明細書を参照）。これらのシステムの一部は幾分複雑であり、いくつかの要素（例えば、基質の検査のための及び／又は基質への活性剤の送達のための微小システム、一端が微小システムに取り付けられると共に他端が該微小システムの制御用に意図された可撓性ロッドを含む）を用いて組み立てられる場合が多い（米国特許出願公開第２００３／０４９６７９号明細書を参照）。光ファイバセンサを有するカテーテルを含むものもある（米国特許第７，３２９，２２３号明細書）。また、診断バイオセンサを提供している表面の所定位置に配置される生体分子アレイとしてナノシステムを用いるものもある（国際公開第２００６／１３１４００号パンフレットを参照）。

従来技術は生検後の細胞及び検体の濃縮法を開示している（例えば国際公開第２００６／１０８０８７号パンフレットを参照）が、その後の試験のために、生検の部位の組織、細胞、又は検体をｉｎ ｖｉｖｏで濃縮するものではない。本発明者らは、先に診断バイオセンサを提供する表面の所定位置に配置される生体分子のアレイとしてナノシステムを用いた（国際公開第２００６／１３１４００号パンフレットを参照）。本明細書に開示された手法を用いれば、いっそう単純であるがより効果的な技術を用いて生体系内の微量の細胞及び検体を捕捉する。

本発明は包括的に、その後の試験のために、生検の部位における微量の組織、細胞又は検体をｉｎ ｖｉｖｏで濃縮するための方法及び装置を対象とする。

本発明の第１の実施形態では、生検装置は、生きた動物及びヒトの微量の細胞（標的）の免疫捕捉のための本発明に関連した改質されたスプリングワイヤ又は可撓性プラスチックロッド又はカテーテル又はステントである。この実施形態では、スプリングワイヤの先端（長さが１ｃｍ〜２ｃｍ）が好ましくは元素周期表の第１０族又は第１１族からの金又は金属で電気めっきされる（図１を参照）。金属表面を活性した後、抗体、その一部、或いは対象の細胞の対応する膜受容体のための結合構造を含む他の配列のような特異的リガンドが、チオール結合により、且つ酸末端を用いて共有結合する。代替的には、スプリングワイヤ又は可撓性プラスチックロッド又はカテーテル又はステントの先端は、その後のリガンドの結合のために、蒸発法、セラミック法又はセメンテーション法を用いて金属で修飾することができる。さらに、スプリングワイヤ又は可撓性プラスチックロッド又はカテーテル又はステントの先端は、非特異的付着の場合におけるように対応する結合構造が必要ではない場合には標的の結合に直接用いることができる。さらに、スプリングワイヤ又は可撓性プラスチックロッド又はカテーテル又はステントの先端はまた、対応する結合構造が装置の先端にインプリントされている場合にも、標的の結合に（リガンドを必要とせずに）直接用いることができる。

本発明はまた、その後の試験のために、生検の部位における組織、細胞又は検体（薬物及び治療活性物質を含む）をｉｎ ｖｉｖｏで濃縮するための生検装置であって、該装置又は該装置の一部は好ましくは元素周期表の第１０族又は第１１族からの金又は金属で電気めっきされる、生検装置に関する。全く驚くべきことは、好ましくは元素周期表の第１０族又は第１１族からの金又は金属で電気めっきされる装置又は該装置の一部は、現行の技術水準の装置よりも驚くほど優れていることであった。本発明の生検装置を用いれば、サンプルから細胞、検体又は組織を驚くほど良好に検出及び抽出することができる。本発明のこの好適な実施形態の特別な利点として、特に安全な方法で生体分子が検出される。

本発明の別の好適な実施形態では、装置又は該装置の一部は、蒸発法を用いて好ましくは元素周期表の第１０族又は第１１族からの金属で修飾される。全く驚くべきことは、かかる蒸発法の使用により、現行の技術水準の装置よりも驚くほど優れた生検装置がもたらされることであった。本発明のこの好適な実施形態の特別な利点として、特に特別な方法で分子のｉｎ ｖｉｖｏでの濃縮が行われる。

本発明のさらに別の好適な実施形態では、装置又は該装置の一部は、セラミック法を用いて好ましくは元素周期表の第１０族又は第１１族からの金属で修飾される。ここでも同様に、全く驚くべきことは、かかるセラミック法の使用により、現行の技術水準の装置よりも驚くほど優れた生検装置がもたらされることであった。本発明のこの好適な実施形態の特別な利点として、この生検装置により、付随的な作用は最小限で済む。

本発明のさらに別の好適な実施形態では、装置又は該装置の一部はセメンテーション法を用いて好ましくは元素周期表の第１０族又は第１１族からの金属で修飾される。ここでも同様に、全く驚くべきことは、かかるセメンテーション法の使用により、現行の技術水準の装置よりも驚くほど優れた生検装置がもたらされることであった。本発明のこの好適な実施形態の特別な利点として、対象の分子は特に効果的な方法で蓄積される。

本発明のさらに別の好適な実施形態では、本発明の生検装置は０．０１ｍｍ〜１０ｍｍ、好ましくは０．１〜２ｍｍ、最も好ましくは０．２５ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲の直径を有するシリンダ又は管のような外形を有する。本発明の好適な実施形態は、組織、細胞又は検体をｉｎ ｖｉｖｏで濃縮するための特別な利点を示している。

本発明のさらに別の好適な実施形態では、本発明の生検装置の長さは０．５ｍｍ〜３００ｍｍ、好ましくは１０ｍｍ〜１００ｍｍ、最も好ましくは２５ｍｍ〜８０ｍｍの範囲である。

本発明のさらに別の好適な実施形態では、本発明の生検装置の寸法又はコア材料はスプリングワイヤ、可撓性プラスチックロッド、カテーテル及び／又はステントである。寸法及び基質材料（substrate materials）は当業者に既知である。

本発明のさらに別の好適な実施形態では、装置の表面は陽極酸化を用いてさらに修飾される。

本発明のさらに別の好適な実施形態では、装置は、抗体、その一部或いは、生検の部位における対象の組織、細胞又は検体に対して高い結合親和力を有する他の配列から成る群から選択される特異的リガンドで修飾される。

本発明のさらに別の好適な実施形態では、リガンドは当業者に既知の標準技法を用いて装置に結合される。全く驚くべきことは、特異的リガンドとの結合が特に有利な使用をもたらすことであった。特異的リガンドの結合が組織、細胞又は検体のｉｎ ｖｉｖｏでの濃縮の改善をもたらすと平均的な当業者が推定し得るとしても、全く驚くべきことは、本発明の生検装置がかなり多くの数の有利な使用を可能にすることであった。

本発明のさらに別の好適な実施形態では、装置は、規定の期間、動物又はヒトの体内に配置され得る。したがって、本発明はまた、規定の期間、動物又はヒトの体内での本発明の生検装置の使用に関する。この規定の期間は、１分間〜１２０分間、好ましくは１０分間〜６０分間、最も好ましくは３０分間持続し得る。全く驚くべきことは、これらの規定の期間により、組織、細胞又は検体の特に効果的なｉｎ ｖｉｖｏでの濃縮がもたらされることであった。

ｉｎ ｖｉｖｏの好適な配置場所は、固形組織であってもよいが、好ましくは腹膜又は子宮のような体腔、最も好ましくは動脈若しくは静脈又は尿管又はリンパ管又は総胆管又は膵管又は脊柱管のような管腔である。特に驚くべきことは、組織、細胞又は検体のｉｎ ｖｉｖｏでの濃縮を特に効率良く、迅速且つ安全に実行することができることであった。

本発明のさらに別の好適な実施形態では、ｉｎ ｖｉｖｏの期間は、対象物質の濃度及びリガンドと対象物質との間の親和力によって決まる。

本発明のさらに別の好適な実施形態では、装置は磁性があり、したがって、磁性粒子を吸着することができる。

本発明のさらに別の好適な実施形態では、本発明の装置の表面は陽極酸化を用いてさらに修飾される。これは驚くべきことにサンプル中に分子の効果的な濃縮をもたらす。

リガンドの結合能力は、陽極酸化及び化学活性を含むめっき後に、第２の表面修飾を用いてさらに向上させることができる。

本発明のこの実施形態を用いての用途は特に、以下のことに関係するがこれらに限定されない：癌細胞の濃縮、又は微小転移；母体血中の胎児細胞の濃縮；細菌若しくは真菌若しくは寄生物若しくはそれらの成分の濃縮による感染疾患の同定；疾患の状態を示す微量の細胞又は異常細胞の濃縮。捕捉したＣＤ４＋細胞の一例は図２に示す。

本発明のさらに別の実施形態では、生検装置（スプリングワイヤ、可撓性プラスチックロッド、カテーテル又はステント）は、バイオマーカ、薬物及び診断又は治療を目的とした放射性トレーサのような物質を含む、微量の検体を免疫捕捉するように機能化される。検体は、検出又は測定されるよう求められる、少なくとも１つの結合パートナー（例えば薬物、ホルモン、抗原、抗体、ハプテン、レクチン、アポタンパク質、補因子）に特異的に結合することが可能な原子、分子、分子群又は天然若しくは合成由来の化合物（例えば薬物、ホルモン、酵素、タンパク質、ペプチド、タンパク質複合体、抗原、抗体、ハプテン、レクチン、アポタンパク質、補因子）とすることができる。検体は大きさが様々である。ほんの例として、小さな分子検体は例えば０．１ｎｍ未満であり得る。しかしながら、検体はこれよりも大きい場合もあり、例えば免疫グロブリン検体（長さが約８ｎｍであり約１６００００ダルトンのＩｇＧ等）又は他のタンパク質複合体が挙げられる。

いくつかの可能な用途のうち、本発明のこの実施形態を用いることは特に、以下のことに関係するがこれらに限定されない：ｅｘ ｖｉｖｏ試験の場合での生検の部位におけるバイオマーカの濃縮、標的治療に用いられる薬物のその部分の捕捉及びその後の排除（すなわち標的の飽和後の散逸）、標的器官を初めに通過した後で循環の際に存続している放射性トレーサの捕捉。図３はこの概念を示す。

本発明のさらに別の実施形態では、生検装置（スプリングワイヤ、可撓性プラスチックロッド、カテーテル又はステント）は、検体又は粒子の物理特性を用いて検体又は粒子を物理的吸着するように機能化される。これに関して、循環の内部の磁性粒子を捕捉するのにフェライト鋼から成る装置の磁気ベクターを用いた。この特定の用途では、装置は器官に供給する血管系の遠心部（efferent part）に位置するが、粒子は血管系の求心部（afferentpart）へ射出される。

さらに別の実施形態では、生検装置（スプリングワイヤ、可撓性プラスチックロッド、カテーテル又はステント）は体内の胚芽細胞又は成体幹細胞のような細胞を捕捉するように機能化される。装置の先端はコラーゲンパッドを用いて機能化される。コラーゲンパッドは孔構造が均質である（図４ｂを参照）という意味で市販により入手可能なパッド（図４ａ）とは異なる。生検装置の先端を改質する球状のコラーゲンパッドは、図５に示す成体幹細胞の濃縮のために腹膜腔に埋め込まれる。

全く驚くべきことは、本発明の装置の有利な特徴はナノ技術を用いずに且つナノ構造を必要とせずに実現することができることであった。したがって、ナノ構造を特徴とするか又はナノ技術を用いて製造される装置に必要であるような顕微鏡を使用せねばならない代わりに、製造された装置を拡大鏡又は別の拡大装置を用いて検査することが可能である。

さらに驚くべきことは、本発明の装置がナノ構造を特徴としなくとも、リガンド、例えば抗体が該装置に良好に結合することであった。例えば、鋼又はプラスチックから形成されたブランクの全体又はその先端を、電気めっき法、セラミック法、セメンテーション法及び／又は蒸発法を用いて好ましくは金でコーティングすることが可能である。例えばナノリソグラフィを用いて装置の全体又はその先端を処理する必要がなく、そのため装置はナノ構造を特徴とする。本発明の文脈におけるナノ構造又はナノ技術は好ましくは欧州特許出願公開第１８１１３０２号明細書に開示されているもののように規定される。

生検装置は一般に、その後の試験用に動物又はヒトの体から組織、細胞又は検体のサンプルを得るのに必要とされる。しかしながら、生検の数及び採取量を増やすことは生きた動物及びヒトでは限界がある。本明細書中に開示されるような新規の機能化された生検は、対象物質のｉｎ ｖｉｖｏでの濃縮を可能にする。したがって、記載の生検装置は驚くべき成果をもたらし、以下の理由から自明ではない：
慣例的方法から逸脱している
課題が新規の概念である
長期的に切望されてきた要求又は要望を満たしている
これまでの専門家のあらゆる努力では無益に終わっていた
解決策の単純性が、特により複雑な原理に代わる場合に進歩性を立証することになる
科学技術の発展が別の傾向に移っている
発展への達成
対応する課題（偏見）の解決策についての誤解
技術的進歩、例えば：改善、性能増大、コスト低減、時間節減、材料、実施工程、得がたいコスト又はリソース、確実性の増大、欠陥改善、品質改善、メンテナンスの不要性、効率の増大、よりよい収率、技術的可能性の増加、別の（必ずしもより優れている必要はない）製品の供給、二次的方法の端緒（必ずしもより優れている必要はない）、新しい分野の端緒、課題の第１の解決策、予備製品、代替物、合理化、自動化若しくは小型化の可能性、又は薬学的資金蓄積の強化（enrichment of the pharmaceuticalfund）
特別な選択（結果が予測不可能であったいくつかの可能性を多数の可能性の中から選択する場合、すなわち特許可能な運のよい選択）
引例における誤り
日の浅い技術分野
発明の組み合わせ；驚くべき効果を伴う多数の既知の要素の組み合わせ
ライセンス
専門家の賞賛、及び
商業的成功

金で電気めっきを行う前（左）及び行った後（右）のスプリングワイヤの図である。右図のルーラは０．０５ｍｍを示す。 モノクローナル抗ＣＤ４抗体で修飾した電気めっきしたスプリングワイヤ上で捕捉したＣＤ４＋細胞の図である。ＣＤ４＋細胞は新規の生検装置を用いてヒトの末梢循環から得た。蛍光顕微鏡を用いて生検した後で細胞を可視化した。 例えば標的診断又は標的治療のために用いられるDrug（薬物）、particle(粒子)又はtracer(トレーサ)が、Organ(器官)の循環系のEfferent side(遠心部)において捕捉される様子を示す図である。薬物又は粒子又はトレーサの大部分は、器官を初めに通過した後、特異的な相互作用又は非特異的な濾過（unspecific filtering）により器官中に残ることになる。しかしながら、薬物又は粒子又はトレーサの一部は循環の遠心部に散逸する。biopsy device(生検装置)は薬物又は粒子又はトレーサのこの部分を検体との相互作用によって捕捉する。Afferent side:導入側 Efferent side：導出側 artery:動脈 vein:静脈 市販により入手可能なコラーゲンパッドの図である。 均質な孔構造を有するコラーゲンパッドの図である。 成体幹細胞を濃縮するために生検装置の先端を修飾する球状コラーゲンパッド（直径：０．６ｍｍ、左は細胞無し、右はＣＤ３５＋細胞有り）の図である。

Claims (14)

1. 後の試験のために、生検の部位における組織、細胞、薬物、又は、診断もしくは治療を目的とする物質を、ｉｎ ｖｉｖｏで濃縮するための生検装置であって、該装置の表面又は該装置の一部の表面が、電気めっき法、蒸発法、セラミック法又はセメンテーション法を用いて、元素周期表の第１０族又は第１１族からの金属又は金で被覆される、生検装置。
2. 前記装置の表面又は前記装置の一部の表面が、蒸発法、セラミック法又はセメンテーション法を用いて被覆される、請求項１に記載の生検装置。
3. 前記表面が陽極酸化を用いてさらに被覆される、請求項１または２のいずれか一項に記載の生検装置。
4. 後の培養又は試験のために、少なくとも生検の部位における幹細胞、薬物又は治療活性物質を、ｉｎ ｖｉｖｏで濃縮するための生検装置であって、該装置又は該装置の一部がコラーゲンパッドで被覆される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の生検装置。
5. ０．０１ｍｍ〜１０ｍｍ、０．１ｍｍ〜２ｍｍ、又は０．２５ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲の直径を有するシリンダ又は管のような外形を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の生検装置。
6. 前記装置の長さが０．５ｍｍ〜３００ｍｍ、１０ｍｍ〜１００ｍｍ、又は２５ｍｍ〜８０ｍｍであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の生検装置。
7. 前記生検装置の寸法又はコア材料がスプリングワイヤ、可撓性プラスチックロッド、カテーテル及び／又はステントであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の生検装置。
8. 抗体、その一部、及び、生検の部位における対象の組織、細胞又は検体に対し高い結合親和力を有する他の配列から成る群から選択される特異的リガンドで被覆される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の生検装置。
9. インプリント法を用いてさらに被覆されて標的に対して対応する結合構造として働く表面を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の生検装置。
10. 規定の期間、動物又はヒトの体内に配置されることができ、ｉｎ ｖｉｖｏでの配置場所が固形組織、又は腹膜もしくは子宮もしくは胃腸管のような体腔、又は動脈もしくは静脈もしくは尿管もしくはリンパ管もしくは総胆管もしくは膵管もしくは脊柱管のような管腔である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の生検装置。
11. 前記規定の期間が、対象物質の濃度及び前記リガンドと該対象物質との間の結合親和力によって決定される、請求項１０に記載の生検装置。
12. 前記規定の期間が、対象物質の濃度及び前記コラーゲンパッドと前記対象物質との間の結合親和力によって決定される、請求項１０に記載の生検装置。
13. 前記規定の期間が、対象物質の濃度及び前記装置の先端のインプリント構造と前記対象物質との間の結合親和性によって決定される、請求項１０に記載の生検装置。
14. 磁性があり、磁性粒子を吸着することができる、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の生検装置。