JP6138327B2 - 健常細胞を生存させ微生物を選択的に死滅させる装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は微生物殺傷技術に関し、特に健常細胞を生存させ微生物を選択的に死滅させる装置、健常細胞を生存させ微生物を選択的に死滅させる方法、及び健常細胞を生存させ微生物を選択的に死滅させる、非ヒト動物の治療方法に関する。

光殺菌として紫外線（殺菌線）の殺菌効果がよく知られており、紫外線を利用した低圧水銀灯（ＵＶランプ）が殺菌灯として使用されてきている。しかし、ＵＶランプの殺菌力は微弱であり、十分な殺菌効果を得るためには、長時間の照射が必要である。また長時間照射であることから、殺菌対象生物以外の生物のタンパク質の変性や、素材変性等のダメージが生じる問題がある。

これに対し、キセノンフラッシュランプは、殺菌効果が強いとされる波長２００ｎｍから３００ｎｍの紫外線を含む広波長帯域のキセノンパルス光をマイクロ秒オーダーの間隔で、１秒間に数回から数十回、瞬間的に発することが可能である。１回に照射されるキセノンパルス光のエネルギーは、６５Ｗ相当のＵＶランプが発する紫外線の数万倍に達する（例えば、特許文献１参照。）。そのため、キセノンパルス光を用いれば、短時間の照射により、菌類等を含む微生物を殺傷することが可能である。

特許第４７１２９０５号公報

しかし、従来、キセノンパルス光は、非常にエネルギーが高いことから、微生物のみならず、健常細胞をも殺傷すると考えられてきた。そこで、本発明は、健常細胞を生存させ、微生物を選択的に死滅させる装置及び方法を提供することを目的の一つとする。

本発明の態様によれば、少なくとも２００ｎｍから２０００ｎｍの波長帯域を有するパルス光を発する光源を備え、パルス光の被照射領域における全波長帯域のエネルギー密度が、６５．００Ｊ／ｃｍ²以下である、パルス光を照射された健常細胞を生存させ、パルス光を照射された微生物を選択的に死滅させる装置が提供される。

上記の装置において、光源が、キセノンフラッシュランプであってもよい。

上記の装置において、パルス光の被照射領域における紫外線Ｃ領域のエネルギー密度が、３．５０Ｊ／ｃｍ²以下であってもよい。

上記の装置において、パルス光の被照射領域における全波長帯域のエネルギー密度が、５．００Ｊ／ｃｍ²以下であってもよい。また、上記の装置において、パルス光の被照射領域における紫外線Ｃ領域のエネルギー密度が、０．３０Ｊ／ｃｍ²以下であってもよい。

上記の装置が、パルス光を光源から被照射領域に伝送する光導波路をさらに備えていてもよい。

上記の装置でパルス光を照射される微生物が、真菌、細菌、及びウイルスの少なくとも一つを含んでいてもよい。また、微生物が枯草菌を含んでいてもよい。

また、本発明の態様によれば、生体外の細胞に、少なくとも２００ｎｍから２０００ｎｍの波長帯域を有するパルス光を照射することを含み、パルス光の被照射領域における全波長帯域のエネルギー密度が、６５．００Ｊ／ｃｍ²以下である、パルス光を照射された健常細胞を生存させ、パルス光を照射された微生物を選択的に死滅させる方法が提供される。

上記の方法において、パルス光を発する光源が、キセノンフラッシュランプであってもよい。

上記の方法において、パルス光の被照射領域における紫外線Ｃ領域のエネルギー密度が、３．５０Ｊ／ｃｍ²以下であってもよい。

上記の方法において、パルス光の被照射領域における全波長帯域のエネルギー密度が、５．００Ｊ／ｃｍ²以下であってもよい。また、パルス光の被照射領域における紫外線Ｃ領域のエネルギー密度が、０．３０Ｊ／ｃｍ²以下であってもよい。

上記の方法において、パルス光を光源から被照射領域に光導波路で伝送してもよい。

上記の方法においてパルス光を照射される微生物が、真菌、細菌、及びウイルスの少なくとも一つを含んでいてもよい。また、微生物が枯草菌を含んでいてもよい。

また、本発明の態様によれば、非ヒト動物の少なくとも一部に、少なくとも２００ｎｍから２０００ｎｍの波長帯域を有するパルス光を照射することを含み、パルス光の被照射領域における全波長帯域のエネルギー密度が、６５．００Ｊ／ｃｍ²以下である、パルス光を照射された健常細胞を生存させ、パルス光を照射された微生物を選択的に死滅させる、非ヒト動物の治療方法が提供される。

上記の治療方法において、パルス光を発する光源が、キセノンフラッシュランプであってもよい。

上記の治療方法において、パルス光の被照射領域における紫外線Ｃ領域のエネルギー密度が、３．５０Ｊ／ｃｍ²以下であってもよい。

上記の治療方法において、パルス光の被照射領域における全波長帯域のエネルギー密度が、５．００Ｊ／ｃｍ²以下であってもよい。また、上記の治療方法において、パルス光の被照射領域における紫外線Ｃ領域のエネルギー密度が、０．３０Ｊ／ｃｍ²以下であってもよい。

上記の治療方法において、パルス光を光源から被照射領域に光導波路で伝送してもよい。

上記の治療方法においてパルス光を照射される微生物が、真菌、細菌、及びウイルスの少なくとも一つを含んでいてもよい。また、微生物が枯草菌を含んでいてもよい。

本発明によれば、健常細胞を生存させ、微生物を選択的に死滅させる装置及び方法を提供可能である。

本発明の実施の形態に係る装置の模式図である。 本発明の実施の形態に係る発光パルス波形の一例である。 キセノンパルス光を照射されて死滅した芽胞菌の電子顕微鏡写真である。 キセノンパルス光を照射されて死滅した緑膿菌の電子顕微鏡写真である。 本発明の実施の形態に係るキセノンパルス光のスペクトルである。 本発明の実施例に係るキセノンパルス光のエネルギーを示す表である。 本発明の実施例に係るキセノンパルス光のエネルギー密度を示すグラフである。 本発明の実施例に係るキセノンパルス光のエネルギー密度を示すグラフである。 本発明の実施例に係るキセノンパルス光のエネルギー密度を示すグラフである。 本発明の実施例に係るキセノンパルス光のエネルギー密度を示すグラフである。 本発明の実施例に係るキセノンパルス光のエネルギー密度を示すグラフである。 本発明の実施例１に係る装置の一部を示す模式図である。 本発明の実施例１に係るマラセチア菌の観察結果を示す写真である。 本発明の実施例１に係る枯草菌芽胞の観察結果を示す写真である。 本発明の実施例１に係る黄色ブドウ球菌の観察結果を示す写真である。 本発明の実施例１に係る大腸菌の観察結果を示す写真である。 本発明の実施例２に係るマラセチア菌の菌数の観察結果を示すグラフである。 本発明の実施例２に係る枯草菌芽胞の菌数の観察結果を示すグラフである。 本発明の実施例３に係るパルス光を照射された健常細胞の顕微鏡写真である。 本発明の実施例４に係るパルス光を照射された健常細胞の顕微鏡写真である。 本発明の実施例４に係るパルス光を照射された健常細胞の生存率を示すグラフである。 本発明の実施例５に係るパルス光を照射された健常細胞の顕微鏡写真である。 本発明の実施例６に係るウェルプレートの模式図である。 本発明の実施例６に係るエネルギー密度の表である。 本発明の実施例６に係るパルス光を照射された健常細胞の顕微鏡写真である。 本発明の実施例６に係るパルス光を照射された健常細胞の顕微鏡写真である。 本発明の実施例６に係るパルス光を照射された健常細胞の顕微鏡写真である。 本発明の実施例６に係るパルス光を照射された健常細胞の顕微鏡写真である。 本発明の実施例６に係るパルス光を照射された健常細胞の顕微鏡写真である。 本発明の実施例６に係るパルス光を照射された健常細胞の顕微鏡写真である。 本発明の実施例７に係るパルス光を照射された健常細胞の顕微鏡写真である。 本発明の実施例７に係るパルス光を照射された、生きている健常細胞の数の変化を示す表である。 本発明の実施例７に係るパルス光を照射され、数が増加した、生きている健常細胞の照射エネルギー密度を示す表である。 本発明の実施例７に係るパルス光を照射され、数が増加した、生きている健常細胞の照射エネルギー密度を示す表である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

本発明の実施の形態に係る、健常細胞を生存させ、微生物を選択的に死滅させる装置は、図１に示すように、少なくとも２００ｎｍから２０００ｎｍの波長帯域を有するパルス光を発する光源を備えるランプモジュール１を備え、パルス光を照射された健常細胞を生存させ、パルス光を照射された微生物を選択的に死滅させる。光源が発するパルス光の被照射領域における全波長帯域の積算エネルギー密度は、６５．００Ｊ／ｃｍ²以下である。ランプモジュール１は、電源部２に接続されている。

光源としては、キセノンパルス光を発するキセノンフラッシュランプが使用可能である。キセノンフラッシュランプは、バルブと、バルブ内に封入されたキセノンガスを備える。また、キセノンフラッシュランプは、バルブ内に、陰極、陽極、及びトリガプローブを備える。キセノンフラッシュランプは、コンデンサに接続される。コンデンサに蓄えられたエネルギーを用いて、陰極、陽極、及びトリガプローブに瞬間的に高電圧を印加してキセノンガス中で放電させることで、大エネルギーのキセノンパルス光が連続発振される。キセノンフラッシュランプは、発せられたキセノンパルス光が有効に利用できるよう、反射鏡を内蔵していてもよい。

図２に示すように、キセノンフラッシュランプの閃光時間は、数マイクロ秒から数百マイクロ秒と極めて短い。そのため、キセノンパルス光の照射領域による発熱は極めて少ない。キセノンフラッシュランプは、キセノンパルス光を１秒間に数回から数十回の間隔で、連続的に閃光させる。

キセノンフラッシュランプは、２３０ｎｍから２８０ｎｍの波長帯域を有する紫外線Ｃ（ＵＶＣ）領域を含む、２００ｎｍから４００ｎｍの紫外線波長帯域の全域を面で出力する。紫外線Ｃ領域は、殺菌効果が最も強いとされる波長２６５ｎｍを含む。キセノンフラッシュランプが発するキセノンパルス光は、微生物の内部まで進入し、微生物を秒単位以下の短時間で死滅させることが可能である。図３は、キセノンパルス光を照射されて死滅した芽胞菌の電子顕微鏡写真の例であり、図４は、キセノンパルス光を照射されて死滅した緑膿菌の電子顕微鏡写真の例である。いずれにおいても、キセノンパルス光の照射により、原型をとどめないほど菌が破壊されている。このように、キセノンパルス光は、微生物を完全に破壊するため、キセノンパルス光に対する耐性微生物が生じることがない。

図５に示すように、キセノンパルス光は、そのスペクトルにおいて、紫外域のみならず、可視光域及び赤外域においても、大きなピークを示す。なお、キセノンパルス光は、２００ｎｍ以下の波長帯域を含んでいてもよい。また、キセノンパルス光は、２０００ｎｍ以上の波長帯域を含んでいてもよい。

実施の形態に係る装置が発するキセノンパルス光の被照射領域における全波長帯域の積算エネルギー密度は、例えば１．００Ｊ／ｃｍ²以上、２．００Ｊ／ｃｍ²以上、あるいは３．００Ｊ／ｃｍ²以上である。また、装置が発するキセノンパルス光の被照射領域における紫外線Ｃ領域の積算エネルギー密度は、例えば０．１０Ｊ／ｃｍ²以上、０．１５Ｊ／ｃｍ²以上、あるいは０．２０Ｊ／ｃｍ²以上である。これにより、被照射領域における微生物を死滅させることが可能である。なお、被照射領域とは、光源から発せられたキセノンパルス光が到達した領域である。また、積算エネルギー密度とは、光源の発振時間内において積算されたエネルギー密度である。

一方、装置が発するキセノンパルス光の被照射領域における全波長帯域の積算エネルギー密度は、６５．００Ｊ／ｃｍ²以下である。また、装置が発するキセノンパルス光の被照射領域における紫外線Ｃ領域の積算エネルギー密度は、例えば３．５０Ｊ／ｃｍ²以下である。これにより、被照射領域におけるヒト及び非ヒトを含む動物の健常細胞にほとんど損傷を与えず、生存させることが可能である。また、被照射領域における積算エネルギーが上記の範囲であれば、仮に健常細胞が損傷しても、損傷は軽微であり、健常細胞は自然修復して再生し、生存する。

さらに、装置が発するキセノンパルス光の被照射領域における全波長帯域の積算エネルギー密度は、例えば５．００Ｊ／ｃｍ²以下であってもよい。また、装置が発するキセノンパルス光の被照射領域における紫外線Ｃ領域の積算エネルギー密度は、例えば０．３０Ｊ／ｃｍ²以下であってもよい。これにより、被照射領域におけるヒト及び非ヒトを含む動物の健常細胞を生存させることのみならず、健常細胞を活性化させ、健常細胞の増殖能を向上させることが可能である。また、被照射領域における積算エネルギーが上記の範囲であれば、仮に健常細胞が損傷しても、損傷は軽微であり、健常細胞は自然修復して再生し、生存する。

したがって、実施の形態に係る装置が発するキセノンパルス光の被照射領域における全波長帯域の積算エネルギー密度は、例えば、１．００Ｊ／ｃｍ²以上６５．００Ｊ／ｃｍ²以下、２．００Ｊ／ｃｍ²以上６５．００Ｊ／ｃｍ²以下、あるいは３．００Ｊ／ｃｍ²以上６５．００Ｊ／ｃｍ²以下である。また、装置が発するキセノンパルス光の被照射領域における紫外線Ｃ領域の積算エネルギー密度は、例えば０．１０Ｊ／ｃｍ²以上３．５０Ｊ／ｃｍ²以下、０．１５Ｊ／ｃｍ²以上３．５０Ｊ／ｃｍ²以下、あるいは０．２０Ｊ／ｃｍ²以上３．５０Ｊ／ｃｍ²以下である。これにより、被照射領域における微生物を選択的に死滅させつつ、被照射領域における健常細胞を生存させることが可能である。

またあるいは、実施の形態に係る装置が発するキセノンパルス光の被照射領域における全波長帯域の積算エネルギー密度は、例えば、１．００Ｊ／ｃｍ²以上５．００Ｊ／ｃｍ²以下、２．００Ｊ／ｃｍ²以上５．００Ｊ／ｃｍ²以下、あるいは３．００Ｊ／ｃｍ²以上５．００Ｊ／ｃｍ²以下である。また、装置が発するキセノンパルス光の被照射領域における紫外線Ｃ領域の積算エネルギー密度は、例えば０．１０Ｊ／ｃｍ²以上０．３０Ｊ／ｃｍ²以下、０．１５Ｊ／ｃｍ²以上０．３０Ｊ／ｃｍ²以下、あるいは０．２５Ｊ／ｃｍ²以上０．３０Ｊ／ｃｍ²以下である。これにより、被照射領域における微生物を選択的に死滅させつつ、被照射領域における健常細胞を生存させ、かつ、健常細胞の増殖能を向上させることが可能である。

キセノンフラッシュランプに印加される電圧は、例えば、３００Ｖから１０００Ｖ、具体的には、３００Ｖ、４００Ｖ、５００Ｖ、６００Ｖ、７００Ｖ、８００Ｖ、９００Ｖ、あるいは１０００Ｖであるが、これらに限定されない。印加電圧は、被照射領域における積算エネルギー密度が上記の範囲内になる限り、被照射領域における微生物の種類又は量等に応じて、任意に設定される。

キセノンフラッシュランプの発光周波数は、例えば、３０Ｈｚから１００Ｈｚ、具体的には、３０Ｈｚ、４０Ｈｚ、５０Ｈｚ、６０Ｈｚ、７０Ｈｚ、８０Ｈｚ、９０Ｈｚ、あるいは１００Ｈｚであるが、これらに限定されない。発光周波数は、被照射領域における積算エネルギー密度が上記の範囲内になる限り、被照射領域における微生物の種類又は量等に応じて、任意に設定される。

キセノンフラッシュランプの発振時間は、例えば、５秒から８０秒、具体的には、５秒、１０秒、２０秒、４０秒、あるいは８０秒であるが、これらに限定されない。発振時間は、被照射領域における積算エネルギー密度が上記の範囲内になる限り、被照射領域における微生物の種類又は量等に応じて、任意に設定される。

実施の形態に係る装置は、図１に示すように、パルス光を光源から被照射領域に伝送する光導波路３をさらに備えていてもよい。光導波路３としては、石英ファイバー及び液体ファイバーを含む、ファイバーモジュールを用いてもよい。あるいは、光導波路３としては、内部にアルミ箔等の反射膜を配置した管を用いてもよい。光導波路３を用いることにより、パルス光を、光源から被照射領域まで、効率的に伝送することが可能である。また、光導波路３の先端には、被照射領域に接触するためにアタッチメント４を接続してもよい。

実施の形態に係る装置で殺傷される微生物は、真菌、細菌、及びウイルス等を含む。真菌は、カビ類、及びカビ類の胞子等を含む。真菌の例としては、マラセチア菌（Ｍａｌａｓｓｅｚｉａ）、カンジダ菌（ｃａｎｄｉｄａ）、クリプトコッカス菌（Ｃｒｙｐｔｏｃｏｃｃｕｓ）、 アスペルギルス菌（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）、及び水虫（白癬菌、Ｔｒｉｃｈｏｐｈｙｔｏｎ ｒｕｂｕｒｕｍ）が挙げられる。細菌の例としては黄色ブドウ球菌（Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ａｕｒｅｕｓ）、大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ）、枯草菌芽胞（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ ｓｐｏｒｅ）が挙げられる。ウイルスの例としては、インフルエンザウイルス（Ｉｎｆｌｕｅｎｚａ ｖｉｒｕｓ （Ｈ１Ｎ１） ）、ネコカリシウイルス（Ｆｅｌｉｎｅ ｃａｌｉｃｉｖｉｒｕｓ， ＦＣＶ）、ノロウイルス（Ｎｏｒｏｖｉｒｕｓ）、及びイヌパルボウイルス（Ｃａｎｉｎｅ Ｐａｒｖｏｖｉｒｕｓ）が挙げられる。

健常細胞とは、微生物に感染していない細胞をいう。健常細胞は、インタクト（Ｉｎｔａｃｔ）な細胞と呼ばれる場合もある。

例えば、生体外において、健常細胞と、微生物に感染している細胞と、が混在している組織に、実施の形態に係る装置からキセノンパルス光を照射することにより、健常細胞を生存させ、微生物を選択的に死滅させることが可能である。

また、生体の皮膚、あるいは体内組織に、実施の形態に係る装置からキセノンパルス光を照射することにより、照射部位において、健常細胞を生存させ、微生物を選択的に死滅させることが可能である。そのため、実施の形態に係る装置は、感染症の治療に有用である。

ここで、感染症とは、寄生虫、細菌、真菌、ウイルス、及び異常プリオン等の病原体の感染により宿主に引き起こされる様々な症状の総称であり、部位ごとに例えば以下の感染症がある。脳など中枢神経においては、髄膜炎、及び脳炎などがある。顔においては、鼻炎、副鼻腔炎、咽頭炎、喉頭炎、及び眼窩蜂窩織炎などがある。首においては、喉頭蓋炎、咽頭後壁膿瘍、亜急性甲状腺炎、及びレミエール症候群などがある。肺、及び気管支においては、肺炎、気管支炎、及び結核などがある。心臓、及び血管においては、感染性心内膜炎、心外膜炎、心筋炎、感染性大動脈炎、及び敗血症などがある。

腹部、及び消化器においては、胆嚢炎、胆管炎、肝炎、肝膿瘍、膵炎、脾膿瘍、胃炎及び胃潰瘍、腸炎、虫垂炎、腸腰筋膿瘍、並びにクラミジア肝周囲炎などがある。泌尿器においては、腎盂腎炎、膀胱炎、前立腺炎、膣炎、及び骨盤内感染症などがある。皮膚においては、蜂窩織炎、脂肪織炎、ガス壊疽、せつ、よう、伝染性膿痂疹（とびひ）、ブドウ球菌性熱傷様皮膚症候群、帯状疱疹、水痘、麻疹、風疹、皮膚白癬、及び疥癬などがある。関節、筋肉、及び骨においては、感染性関節炎、骨髄炎、筋膜炎、筋炎、及び脊椎カリエスなどがある。リンパ節においては、リンパ節炎などがある。口腔においては、歯周炎、齲蝕、根尖性歯周炎、及びインプラント周囲炎などがある。

また、感染症は、原因となる病原体の種類により、真正細菌感染症、マイコプラズマ、リケッチア感染症、クラミジア感染症、真菌感染症、寄生性原虫感染症、寄生性蠕虫感染症、ウイルス感染症、及びプリオン病などに分類される。

真正細菌感染症の例としては、レンサ球菌（Ａ群β溶連菌、肺炎球菌など）、黄色ブドウ球菌（ＭＳＳＡ、ＭＲＳＡ）、表皮ブドウ球菌、腸球菌、リステリア、髄膜炎菌、淋菌、病原性大腸菌（Ｏ１５７：Ｈ７など）、クレブシエラ（肺炎桿菌）、プロテウス菌、百日咳菌、緑膿菌、セラチア菌、シトロバクター、アシネトバクター、エンテロバクター、マイコプラズマ、及びクロストリジウムなどによる各種感染症、結核・非結核性抗酸菌、コレラ、ペスト、ジフテリア、赤痢、猩紅熱、炭疽、梅毒、破傷風、ハンセン病、レジオネラ肺炎（在郷軍人病）、レプトスピラ症、ライム病、野兎病、並びにＱ熱などが挙げられる。

マイコプラズマ感染症の例としては、マイコプラズマ肺炎などが挙げられる。リケッチア感染症の例としては、発疹チフス、ツツガムシ病、及び日本紅斑熱などが挙げられる。クラミジア感染症の例としては、クラミジア肺炎、トラコーマ、性器クラミジア感染症、及びオウム病などが挙げられる。真菌感染症の例としては、アスペルギルス症、カンジダ症、クリプトコッカス症、白癬菌症、ヒストプラズマ症、及びニューモシスチス肺炎（旧名：カリニ肺炎）などが挙げられる。

寄生性原虫感染症の例としては、アメーバ赤痢、マラリア、トキソプラズマ症、リーシュマニア症、及びクリプトスポリジウムなどが挙げられる。寄生性蠕虫感染症の例としては、エキノコックス症、日本住血吸虫症、フィラリア症、回虫症、及び広節裂頭条虫症などが挙げられる。

ウイルス感染症の例としては、インフルエンザ、ウイルス性肝炎、ウイルス性髄膜炎、後天性免疫不全症候群（ＡＩＤＳ）、成人Ｔ細胞性白血病、エボラ出血熱、黄熱、風邪症候群、狂犬病、サイトメガロウイルス感染症、重症急性呼吸器症候群（ＳＡＲＳ）、進行性多巣性白質脳症、水痘・帯状疱疹、単純疱疹、手足口病、デング熱、伝染性紅斑、伝染性単核球症、天然痘、風疹、急性灰白髄炎（ポリオ）、麻疹、咽頭結膜熱（プール熱）、マールブルグ出血熱、ハンタウイルス腎出血熱、ラッサ熱、流行性耳下腺炎、ウエストナイル熱、ヘルパンギーナ、及びチクングニア熱などが挙げられる。

プリオン病の例としては、牛海綿状脳症（ＢＳＥ）、クールー病、クロイツフェルト・ヤコブ病、致死性家族性不眠症（ＦＦＩ）、及びゲルストマン・ストロイスラー・シャインカー症候群（ＧＳＳ）などが挙げられる。

キセノンパルス光の照射による感染症の治療は、薬物を用いないため、治療後の生体内に残留薬物が生じない。

上記のように本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。

（装置の作製）
キセノンフラッシュランプ（Ｌ７６８５、浜松ホトニクス）、トリガーソケット（Ｅ６６４７、浜松ホトニクス）、電源（Ｃ６０９６、浜松ホトニクス）、冷却ジャケット（Ｅ６６１ １、浜松ホトニクス）、主放電コデンサ（Ｅ７２８９−０２、浜松ホトニクス）、ライトガイド（Ａ２８７３、浜松ホトニクス）、及びＤＣ電源（Ｓ８ＥＸ−ＢＰ１００２４ＬＣ、ＯＭＲＯＮ）を用いて、実施例に係る装置を作製した。

作製した装置を用いて、コンデンサ入力電圧が１０００Ｖである場合の、キセノンパルス光のエネルギーを理論計算したところ、図６に示すとおりであった。

また、作製した装置を用いて、コンデンサ入力電圧が７００Ｖであり、発振時間が５秒、１０秒、及び２０秒である場合の、ランプの発光面から１３ｍｍ離れた位置での紫外線の積算エネルギー密度を周波数ごとに計測したところ、図７に示すとおりであった。なお、ランプの発光面と、計測位置と、の間には、長さが１３ｍｍの黒色アルミ製の円筒部材を配置した。

さらに、作製した装置を用いて、コンデンサ入力電圧が３００Ｖ、４００Ｖ、５００Ｖ、６００Ｖ、及び７００Ｖであり、発振時間が５秒である場合の、光導波路３として石英ファイバーを用いファイバー先端から３０ｍｍ離れた位置での紫外線の積算エネルギー密度を周波数ごとに計測したところ、図８に示すとおりであった。なお、ファイバー先端と、計測位置と、の間には、長さが５０ｍｍの円筒部材を配置した。

図９及び図１０は、作製した装置を用いて、コンデンサ入力電圧が７００Ｖ、発振周波数が６０Ｈｚである場合の、発振周波数と、全波長帯域及び紫外線Ｃ領域のエネルギー密度と、の関係を示すグラフである。なお、図９は、ランプ先端と、計測位置と、の間には、長さが１００ｍｍのアルミニウム内貼り円筒部材を配置した場合のグラフである。図１０は、ランプ先端と、計測位置と、の間の間隔が１００ｍｍであり、何も配置しなかった場合のグラフである。図１１に示すように、円筒部材のような光導波路を用いることで、効率よく光エネルギーを伝達できることが示された。

（実施例１：定性試験）
細菌として、マラセチア菌（Ｍａｌａｓｓｅｚｉａ ｐａｃｈｙｄｅｒｍａｔｉｓ ＮＢＲＣ １００６４）、枯草菌芽胞（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ ＡＴＣＣ ６６３３）、黄色ブドウ球菌（Ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃｕｓ ａｕｒｅｕｓ）、及び大腸菌（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ）を用意した。

本実施例では、以下の試薬を使用した。
・Ｔｒｙｐｔｉｃ Ｓｏｙ Ａｇａｒ（Ｄｉｆｃｏ、以下ＴＳＡ 培地）
・ポテトデキストロース寒天培地（日水、以下ＰＤＡ 培地）
・塩化ナトリウム（和光、特級、生理食塩液用）
・エーロゾルＯＴ（和光、化学用、０．００５%エーロゾル溶液用）
・ＳＣＤＬＰ ブイヨン（栄研、以下ＳＣＤＬＰ 培地）

１）菌液の調製
黄色ブドウ球菌及び大腸菌については、凍結保存された菌株をＴＳＡ培地に塗布し、前培養した。発育した集落を再び３６±２℃で１８から２４時間培養後、イオン交換水に懸濁して約１０⁶ＣＦＵ／ｍＬに調製した。マラセチアについては、凍結素存された菌株をＰＤＡ培地に塗布し、２８±２℃で３日間培養後、０．００５％エーロゾルＯＴ溶液に懸濁して約１０⁶ＣＦＵ／ｍＬに調製した。枯草菌芽胞については、市販の芽胞懸濁液をイオン交換水で約１０⁶ＣＦＵ／ｍＬとなるように希釈した。

２）菌液の塗布
菌液を塗布する培地として、細菌用にＴＳＡ培地を、真菌用にＰＤＡ培地を用いた。試験菌液０．１ｍＬを寒天培地表面に滴下し、ガラスビーズで均一に塗布して試験に供した。

３）試験品の照射
図１２に示すように、菌液を塗布した寒天培地の表面から約１０ｃｍ離れた位置に実施例に係る装置のランプモジュールを配置し、ランプモジュールと寒天培地の間に、ランプモジュールが発した光を伝達するための長さが１００ｍｍのアルミ内貼り円筒部材を配置した。

その後、実施例に係る装置から、６０Ｈｚのパルス光を５秒、１０秒、及び２０秒発振させ、それぞれ寒天培地に照射した。その後、寒天培地の培養条件を、細菌用のＴＳＡ培地では３６±２℃で４０から４８時間、真菌用のＰＤＡ培地では２８±２℃で７日間の条件として、寒天培地を培養した。照射後の寒天培地を培養後、照射部位における試験菌の発育状況を目視で観察後に、写真を撮影した。また、コントロールとして、パルス光を照射していない細菌についても、コロニーの発育状況を観察した。

５秒発振したときの被照射領域における全波長帯域の積算エネルギー密度は３．１３Ｊ／ｃｍ²であり、紫外線Ｃ領域の積算エネルギー密度は０．１７Ｊ／ｃｍ²であった。１０秒発振したときの被照射領域における全波長帯域の積算エネルギー密度は７．７１Ｊ／ｃｍ²であり、紫外線Ｃ領域の積算エネルギー密度は０．４１Ｊ／ｃｍ²であった。２０秒発振したときの被照射領域における全波長帯域の積算エネルギー密度は２４．２１Ｊ／ｃｍ²であり、紫外線Ｃ領域の積算エネルギー密度は１．２８Ｊ／ｃｍ²であった。

マラセチア菌の観察結果を図１３に、枯草菌芽胞の観察結果を図１４に、黄色ブドウ球菌の観察結果を図１５に、大腸菌の観察結果を図１６に示す。マラセチア菌、黄色ブドウ球菌、及び大腸菌については、パルス光を５秒以上照射された培地の中心付近上の菌は死滅し、コロニーが形成されないことが確認された。また、枯草菌芽胞については、パルス光を１０秒以上照射された培地の中心付近上の菌は死滅し、コロニーが形成されないことが確認された。

（実施例２：定量試験）
細菌として、マラセチア菌（Ｍａｌａｓｓｅｚｉａ ｐａｃｈｙｄｅｒｍａｔｉｓ ＮＢＲＣ １００６４）、及び枯草菌芽胞（Ｂａｃｉｌｌｕｓ ｓｕｂｔｉｌｉｓ ＡＴＣＣ ６６３３）を用意した。マラセチアについては、凍結素存された菌株をＰＤＡ培地に塗布し、２８±２℃で３日間培養後、０．００５％エーロゾルＯＴ溶液に懸濁して約１０⁵ＣＦＵ／ｍＬに調製した。枯草菌芽胞については、市販の芽胞懸濁液をイオン交換水で約１０⁵ＣＦＵ／ｍＬとなるように希釈した。各々試験菌液１５μＬをホールスライドガラスに滴下し、これを照射試料とした。ホールスライドガラスから約１０．０ｃｍ離れた位置に実施例に係る装置のランプモジュールを配置した。その後、ランプモジュールとウェルの間に、管を配置しない場合、ランプモジュールとウェルの間に、ランプモジュールが発した光を伝達するための長さが１００ｍｍのアルミ内貼り円筒部材、及び黒色の円筒部材のいずれかを配置した場合について、実施例に係る装置から、６０Ｈｚのパルス光を５秒、１０秒、１５秒、及び２０秒発振させ、それぞれ菌液に照射した。

１００ｍｍのアルミ内貼り円筒部材を用いた場合、５秒発振したときの被照射領域における全波長帯域の積算エネルギー密度は５．０１Ｊ／ｃｍ²であり、紫外線Ｃ領域の積算エネルギー密度は０．２７Ｊ／ｃｍ²であった。１０秒発振したときの被照射領域における全波長帯域の積算エネルギー密度は１２．３４Ｊ／ｃｍ²であり、紫外線Ｃ領域の積算エネルギー密度は０．６５Ｊ／ｃｍ²であった。１５秒発振したときの被照射領域における全波長帯域の積算エネルギー密度は１８．５１Ｊ／ｃｍ²であり、紫外線Ｃ領域の積算エネルギー密度は０．９８Ｊ／ｃｍ²であった。２０秒発振したときの被照射領域における全波長帯域の積算エネルギー密度は３８．７３Ｊ／ｃｍ²であり、紫外線Ｃ領域の積算エネルギー密度は２．０５Ｊ／ｃｍ²であった。

パルス光照射後の試験菌液を試料原液として菌数を測定した。枯草菌芽胞は生理理食塩液、マラセチアは、０．００５％エーロゾル加生理食塩液で１０倍段階希釈列を作成し、試料原液および希釈液の各１ｍＬを所定培地との混釈平板とした。培養条件は、枯草菌についてはＴＳＡ培地（細菌用）を用い、３６±２℃で４０から４８時間、またマラセチアでは、ＰＤＡ培地（真菌用）を用い、２８±２℃で７日間の条件とした。培養後、発育した集落を数え、生菌数を求めた。試験菌液の菌数は、枯草菌芽胞が１．９×１０⁶ＣＦＵ／ｍＬ、マラセチアが２．４×１０⁵ＣＦＵ／ｍＬであった。なお、検出下限値は１０ＣＦＵ／ｍＬであった。マラセチア菌の観察結果を図１７に、枯草菌芽胞の観察結果を図１８に示す。

また、以下の式から殺菌率を求めた。
殺菌率（％）＝（１−パルス光照射後の菌数／初期の菌数）ｘ１００（％）
１）枯草菌芽胞
パルス光未照射の初期菌数は、１，８００，０００ＣＦＵであった。パルス光照射後の試験菌数は、黒色直管を用いた場合が２０秒で１２０，０００ＣＦＵ、アルミ内貼り円筒部材を用いた場合が５秒で＜１００ＣＦＵ（定量下限値未満）、直管を用いなかった場合が２０秒で１６０，０００ＣＦＵであった。初期菌数からパルス光照射後の殺菌率を求めると順に９３％、９９．９９％、９１％であった。

２）マラセチア
パルス光未照射の初期菌数は、４６０，０００ＣＦＵであった。パルス光照射後の試験菌数は、黒色直管を用いた場合が２０秒で２００ＣＦＵ、アルミ内貼り円筒部材を用いた場合が５秒で＜１００ＣＦＵ（定量下限値未満）、直管を用いなかった場合が２０秒で＜１００ＣＦＵ（定量下限値未満）であった。初期菌数からパルス光照射後の殺菌率を求めると順に９９．９５％、９９．９７％、９９．９７％であった。

アルミ内貼り円筒部材を用いた場合、パルス光を５秒以上発振して照射すると、菌数が検出限界以下になることが確認された。アルミ内貼り円筒部材を用いなかった場合は、発振時間が長くなるにつれて、菌数が減少することが確認された。

（実施例３）
正常細胞として、アフリカミドリザル腎臓細胞株ＣＯＳ−７（ＲＣＢ０５３９、理研細胞バンク）を用意し、ガラスベースディッシュ（Ｉｗａｋｉ、３９１０−０３５）中の培養液中に保存した。培養液は、終濃度が１０％（ｖ／ｖ）となるようＦＢＳ（ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ）を、終濃度が５％（ｖ／ｖ）となるようにペニシリン−ストレプトマイシン（和光純薬工業（株））を添加したダルベッコ改変イーグル培養液（ｉｎｖｉｔｒｏｇｅｎ）を用いた。次に、培養液から５０ｍｍ又は１００ｍｍ離れたところに、実施例に係る装置のランプモジュールを配置し、ランプモジュールと培養液の間に、ファイバーを配置した。その後、実施例に係る装置から、６０Ｈｚ、９０Ｗ相当のパルス光を５秒及び１０秒、それぞれ培養液に照射した。さらに培地中のＣＯＳ−７を５％ＣＯ₂、３７℃のインキュベータで１５時間から２４時間培養し、ＣＯＳ−７を観察した。また、コントロールとして、パルス光を照射していないＣＯＳ−７についても、観察した。

パルス光を照射した直後のＣＯＳ−７を共焦点レーザ走査型顕微鏡（ＬＳＭ５１０−ＭＥＴＡ、Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓ）で観察したところ、パルス光を照射されたＣＯＳ−７において、細胞死はほとんど観察されなかった。さらに、パルス光を照射した後、１５時間経過後のＣＯＳ−７を共焦点レーザ走査型顕微鏡（ＬＳＭ５１０−ＭＥＴＡ、Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓ）で観察した結果を図１９に示す。パルス光を照射されたＣＯＳ−７において、１５時間経過後も、細胞死はほとんど観察されなかった。

（実施例４）
実施例３と同様にパルス光を照射して１５時間経過後のＣＯＳ−７をホルマリン固定し、ヘマトキシリン・エオシン（ＨＥ）染色した。染色されたＣＯＳ−７を光学顕微鏡（ＤＰ−７１、オリンパス）で観察した結果を図２０に示す。ディッシュにより細胞数にばらつきがあるものの、図２１に示すように。パルス光照射に起因する細胞の形態の変化、及び細胞の生存率の変化は、非常に少なかった。

（実施例５）
実施例３と同様にパルス光を照射して１５時間経過後のＣＯＳ−７の上清を回収して２．５％グルタルアルデヒド（ＴＡＡＢ社）で固定後、サイトスピンにかけ（８００ｒｐｍ、１０分）、スライドグラス上に回収した細胞を貼り付けて観察した結果を図２２に示す。

（実施例６）
図２３に示すように、各ウェルの直径が１８ｍｍである２４ウェルプレート（ＴＰＰ Ｔｅｃｈｎｏ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ＡＧ Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ ＃９２４２４）を用意し、各ウェルに０．２５×１０⁵個の実施例３と同じＣＯＳ−７を播種した。播種後、２４時間、ＣＯＳ−７を培養した。その後、実施例に係る装置で、印加電圧７００Ｖ、発振周波数８０Ｈｚ、及び図２４に記載の発振時間を用いて、各ウェルのＣＯＳ−７にパルス光を照射した。照射の際には、ウェルの３０ｍｍ上に配置された直径５ｍｍの光導波路を用いた。

パルス光を照射した後、さらに２４時間ＣＯＳ−７を培養し、その後、ＣＯＳ−７をヨウ化プロピジウム（ＰＩ）で染色した。ヨウ化プロピジウムは、生細胞の細胞膜を透過することはできないが、死細胞の細胞膜を透過し、核及びミトコンドリア内のＤＮＡにインターカレートして赤色蛍光を発する。ヨウ化プロピジウムで染色されたＣＯＳ−７を、共焦点レーザ顕微鏡で観察して、ＣＯＳ−７の生死判定をした。

発振時間が０秒、５秒、及び１０秒の場合のＣＯＳ−７の顕微鏡写真を図２５に、発振時間が２０秒、３０秒、及び４０秒の場合のＣＯＳ−７の顕微鏡写真を図２６に、発振時間が６０秒、及び８０秒の場合のＣＯＳ−７の顕微鏡写真を図２７に、発振時間が１２０秒の場合のＣＯＳ−７の顕微鏡写真を図２８に、発振時間が２４０秒の場合のＣＯＳ−７の顕微鏡写真を図２９に、発振時間が４８０秒の場合のＣＯＳ−７の顕微鏡写真を図３０に示す。

図２４に示すように、被照射領域における全波長帯域の積算エネルギー密度が少なくとも６１．０８Ｊ／ｃｍ²まで、紫外線Ｃ領域の積算エネルギー密度が少なくとも３．２４Ｊ／ｃｍ²までは、ウェル中のほぼ全てのＣＯＳ−７が生存していることが確認された。一方、被照射領域における全波長帯域の積算エネルギー密度が１２２．１６Ｊ／ｃｍ²以上、紫外線Ｃ領域の積算エネルギー密度が６．４７Ｊ／ｃｍ²以上は、ウェル中のＣＯＳ−７が死滅していることが確認された。

（実施例７）
実施例６と同様に、各ウェルの直径が１８ｍｍである２４ウェルプレート（４ＴＰＰ Ｔｅｃｈｎｏ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ ＡＧ Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ ＃９２４２）を用意し、各ウェルに０．２５×１０⁵個の実施例３と同じＣＯＳ−７を播種した。播種後、２４時間、ＣＯＳ−７を培養した。その後、実施例に係る装置によって、３００Ｖ、４００Ｖ、５００Ｖ、６００Ｖ、及び７００Ｖの印加電圧、４０Ｈｚ、６０Ｈｚ、８０Ｈｚ、及び１００Ｈｚの周波数、並びに０秒、５秒、１０秒、２０秒、４０秒、及び８０秒の発振時間の組み合わせを用いて、各ウェルのＣＯＳ−７にパルス光を照射した。照射の際には、ウェルの３０ｍｍ上に配置された直径５ｍｍの光導波路を用いた。

ＣＯＳ−７にヨウ化プロピジウム（ＰＩ）添加後、共焦点レーザ顕微鏡観察下で、細胞状態を確認しつつパルス光照射をした後、さらに２４時間培養し共焦点レーザ顕微鏡で観察して、生きているＣＯＳ−７の数を計測した。顕微鏡写真の一部を図３１に示す。

図３２に示す表は、パルス光照射前後における、生きているＣＯＳ−７の数の変化を示している。図３２に示す表において、＋は、生きているＣＯＳ−７の数が増えたこと、換言すれば、細胞の増殖能が活性化されたことを示している。例えば、印加電圧３００Ｖ、周波数４０Ｈｚ、発振時間５秒の条件でパルス光を照射すると、生きているＣＯＳ−７の数が増加した。±は、生きているＣＯＳ−７の数に変化がなかったことを示している。−は、生きているＣＯＳ−７の数が減少したことを示している。

図３３及び図３４は、図３２において生きているＣＯＳ−７の数が増えたときの、被照射領域における全波長帯域の積算エネルギー密度、及び紫外線Ｃ領域の積算エネルギー密度を示している。被照射領域における全波長帯域の積算エネルギー密度が少なくとも４．９７Ｊ／ｃｍ²まで、紫外線Ｃ領域の積算エネルギー密度が少なくとも０．２６Ｊ／ｃｍ²までは、ＣＯＳ−７の数が増加することが確認された。

１ ランプモジュール
２ 電源部
３ 光導波路
４ アタッチメント

Claims (15)

1. 少なくとも２００ｎｍから２０００ｎｍの波長帯域を有するパルス光を発するキセノンフラッシュランプを備え、
   前記パルス光の被照射領域における全波長帯域の積算エネルギー密度が、５．００Ｊ／ｃｍ²以下である、
   前記パルス光を照射された健常細胞を生存させ、かつ、増殖能を向上させ、前記パルス光を照射された微生物を選択的に死滅させる装置。
2. 前記パルス光の被照射領域における紫外線Ｃ領域の積算エネルギー密度が、０．３０Ｊ／ｃｍ²以下である、請求項１に記載の装置。
3. 前記パルス光を前記キセノンフラッシュランプから被照射領域に伝送する光導波路をさらに備える、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記微生物が、真菌、細菌、及びウイルスの少なくとも一つを含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記微生物が枯草菌を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
6. 生体外の細胞に、少なくとも２００ｎｍから２０００ｎｍの波長帯域を有するパルス光を照射することを含み、
   前記パルス光の被照射領域における全波長帯域の積算エネルギー密度が、５．００Ｊ／ｃｍ²以下である、
   前記パルス光を照射された健常細胞を生存させ、かつ、増殖能を向上させ、前記パルス光を照射された微生物を選択的に死滅させる方法。
7. 前記パルス光の被照射領域における紫外線Ｃ領域の積算エネルギー密度が、０．３０Ｊ／ｃｍ²以下である、請求項６に記載の方法。
8. 前記パルス光をキセノンフラッシュランプから被照射領域に光導波路で伝送する、請求項６又は７に記載の方法。
9. 前記微生物が、真菌、細菌、及びウイルスの少なくとも一つを含む、請求項６から８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記微生物が枯草菌を含む、請求項６から９のいずれか１項に記載の方法。
11. 非ヒト動物の少なくとも一部に、少なくとも２００ｎｍから２０００ｎｍの波長帯域を有するパルス光を照射することを含み、
    前記パルス光の被照射領域における全波長帯域の積算エネルギー密度が、５．００Ｊ／ｃｍ²以下である、
    前記パルス光を照射された健常細胞を生存させ、かつ、増殖能を向上させ、前記パルス光を照射された微生物を選択的に死滅させる、非ヒト動物の治療方法。
12. 前記パルス光の被照射領域における紫外線Ｃ領域の積算エネルギー密度が、０．３０Ｊ／ｃｍ²以下である、請求項１１に記載の治療方法。
13. 前記パルス光をキセノンフラッシュランプから被照射領域に光導波路で伝送する、請求項１１又は１２に記載の治療方法。
14. 前記微生物が、真菌、細菌、及びウイルスの少なくとも一つを含む、請求項１１から１３のいずれか１項に記載の治療方法。
15. 前記微生物が枯草菌を含む、請求項１１から１４のいずれか１項に記載の治療方法。