JP6151532B2

JP6151532B2 - 制御装置

Info

Publication number: JP6151532B2
Application number: JP2013031726A
Authority: JP
Inventors: 鎮也永田
Original assignee: Nihon Kohden Corp
Current assignee: Nihon Kohden Corp
Priority date: 2013-02-21
Filing date: 2013-02-21
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2033-02-21
Also published as: JP2014161343A

Description

この発明は、細胞内のカルモジュリンを活性化させることで、喘息、高血圧などの疾病を治療するために用いるレーザ照射装置、超音波装置などの制御に関するものである。

近年、ＴＲＰチャネルの構造と機能に対する研究が進んでいる（非特許文献１）。さらに、細胞内へのイオン流入を司るＴＲＰチャネルの活性を、化学的に制御することにより疾病の治療を行う医薬品が研究されている。

沼田朋大氏他「ＴＲＰチャネルの構造と多様な機能」生化学、第８１巻、第１１号、９６２頁〜９８３頁（２００９年）

しかし、医薬品によってＴＲＰチャネルの活性を制御する医薬品の場合には、疾病が局所的であるにも拘わらず、医薬品が体全体に拡散し副作用を生じる可能性がある。

この発明は、上記のような問題点を解決して、局所的な疾病に対応することの可能な技術を提供することを目的とする。

(1)この発明にかかる制御装置は、レーザ光または超音波を発する第一の発生源と、前記第一の発生源からのレーザ光または超音波をオン・オフし、患部に照射するレーザ光または超音波を制御する第一の制御手段とを備えた制御装置であって、前記第一の制御手段は、０．１Hz から１０Hz の間の周波数にてレーザ光または超音波をオン・オフすることを特徴としている。

したがって、カルモジュリンを活性化することのできるレーザ光または超音波を照射するように制御できる。

(2)この発明にかかる制御装置は、第一の制御手段によるレーザ光または超音波のオンの継続時間と周波数の積が５００〜９００の間になるように、継続時間と周波数を設定したことを特徴としている。

したがって、カルモジュリンの活性をより高めることの可能なレーザ光または超音波を照射するように制御できる。

(3)この発明にかかる制御装置は、レーザ光または超音波のオンの継続時間を、８０msec から１０００msec の間としたことを特徴としている。

(4)この発明にかかる制御装置は、第一の制御手段は、０．１Hz から１０Hz の間の周波数にてレーザ光または超音波をオン・オフするＴＲＰチャネル抑制モードと、レーザ光または超音波を連続的にオンにするか、あるいは前記周波数以外の周波数にてオン・オフするＴＲＰチャネル活性モードとを有することを特徴としている。

したがって、活性、非活性モードを切り替えて用いることができる。

(5)この発明にかかる制御装置は、レーザ光または超音波のいずれかであって、前記第一の発生源と異なるものを放出する第二の発生源と、前記第二の発生源からのレーザ光または超音波をオン・オフし、患部に照射するレーザ光または超音波を制御する第二の制御手段とをさらに備え、前記第二の制御手段は、０．１Hz から１０Hz の間の周波数にて前記レーザ光または超音波をオン・オフするＴＲＰチャネル抑制モードと、前記レーザ光または超音波を連続的にオンにするか、あるいは前記周波数以外の周波数にてオン・オフするＴＲＰチャネル活性モードとを有することを特徴としている。

したがって、レーザ光による照射、超音波による照射を選択的に、あるいは同時に行うことができる。

(6)この発明にかかる制御装置は、超音波を直接的または間接的に生成する発生源と、前記発生源からの照射をオン・オフし、患部にへの照射を制御する制御手段とを備えた制御装置であって、前記制御手段は、０．１Hz から１０Hz の間の周波数にて照射をオン・オフすることを特徴とする制御装置。

したがって、カルモジュリンを活性化することができるように照射を制御することができる。

レーザ光照射によるＴＲＰチャネルの不活性化の原理を示す図である。この発明の一実施形態によるレーザ光照射装置の回路ブロック図である。レーザ光をオン・オフした場合の波形を示す図である。ＴＲＰチャネルの種類と発現部位、疾病との関係を示す図である。ＴＲＰチャネルの種類と発現部位、疾病との関係を示す図である。ＴＲＰチャネルの種類と発現部位、疾病との関係を示す図である。ＴＲＰチャネルの種類と発現部位、疾病との関係を示す図である。レーザ光のオン時間、オンオフの周期と、カルモジュリンの活性化との関係を示す図である。

１．原理
図１に、レーザ光によって疾病部位の細胞のＴＲＰチャネルを閉じる原理を、模式的に説明する。

一般に、疾病の治療を行う場合には、ＴＲＰチャネルを閉じるように制御する必要がある。多くの場合、ＴＲＰチャネルが開きすぎていることが疾病の原因だからである。

このような観点からは、レーザ光を患部に照射すると、熱によってＴＲＰチャネルが開くことになり逆効果であるとも考えられる。そこで、発明者は、レーザ光を所定の周波数にて断続的に照射することで、ＴＲＰチャネルを閉じることを見いだした。

レーザ光を組織に照射すると、組織が熱膨張する。また、レーザ光自体の振動数に応じて、組織が振動することになる。ここで、レーザ光を、所定の周波数にてオン・オフすれば、組織が振動する期間と、組織が振動しない期間が繰り返されることになる。このような振動のオン・オフは、組織間を伝わっていくことになる。

ＴＲＰチャネルは、振動がある間は開き、振動がない間は閉じる。したがって、ＴＲＰチャネルは、レーザ光のオン・オフの周期に同期して開閉することになる。ＴＲＰチャネルの開閉により、カルシウムイオンの組織内への導入、不導入が決定あれるため、結果として、組織内のカルシウムイオンの濃度変化が、レーザ光のオン・オフの周期にそったものとなる。

ここで、カルシウムイオンの濃度変化の周期が所定値になると、カルモジュリン（CaM）が活性化される。カルモジュリンは、ＴＲＰチャネルを閉じる役割を持つので、このようにカルモジュリンが活性化されれば、ＴＰＲチャネルを閉じることができる。

以上のようにして、カルモジュリンを活性化させるために必要なカルシウムイオンの濃度変化の周期が生じるように、レーザ光をオン・オフする周期を設定することにより、疾病の治療に用いることができる。

２．レーザ照射装置
図２に、この発明の一実施形態によるレーザ照射制御装置の機能ブロック図を示す。レーザ光源６は、レーザ光を発光するものである。この実施形態では、半導体レーザ発光素子を用いている。設定部２は、レーザ光の出力、オン・オフの周期、オンの継続時間などを設定するためのものである。ロータリーエンコーダなどによって、操作者がこれらを設定できるようにすることができる。

制御部４は、設定部２において設定された設定値にて、レーザ光源６を制御し、設定値にしたがったレーザ光を発光させるものである。たとえば、図３に示すように断続的なレーザ光を出力することができる。

この実施形態では、レーザ光の波長は７８０nm、出力は１０mWとしている。たとえば、設定部２の設定により、レーザ光継続時間（オン期間）Ａを８０msとし、オンオフの周期を１０Hzとしている。

上記のレーザ光を患部に照射することにより、患部組織のＴＲＰチャネルを閉じることができる。なお、レーザ光は、組織の深部まで到達しないが、振動は深部まで到達するので、深部の組織のＴＲＰチャネルに対しても効果がある。

この実施形態では、制御部４によって、レーザ光源６への電力供給をオン・オフし、直接的にレーザ光のオン・オフを制御するようにしている。しかし、レーザ光源６は常にレーザ光を発光するようにし、光路制御を行ってオン・オフを実現してもよい。

また、上記実施形態では、レーザ光源からの光を直接的に患部に当てるようにしているが、光ファイバなどを介して患部に当てるようにしてもよい。

さらに、上記実施形態では、所望の周波数にてオンオフしたレーザ光を患部に当て、これにより振動を発生させている。しかし、所望の周波数にてオンオフした振動（超音波など）を患部に当てるようにしてもよい。

図４〜図７に、ＴＲＰチャネルの種類と、その発現部位および関連する疾病を示す。たとえば、ＴＲＰＭ１（図５参照）に分類されるＴＲＰチャネルは、皮膚癌に関連しており、その発現部位は皮膚などである。したがって、皮膚に対し、上記のレーザ照射制御装置にてレーザ光をあてることにより、皮膚癌の治療を行うことが期待できる。

３．レーザ光のオン時間、オンオフの周期について
上記のようにこの実施形態では、７８０nmの波長のレーザ光を、所定周期にてオンオフするようにしている。図８に、Ca2+、カルモジウム、ATPを含む溶液に、オン時間およびオンオフの周期を変化させてレーザ光を照射した場合の、カルモジュリンの活性（CaMK IIの自己リン酸化活性）の測定結果を示す。

80msのオン時間とし、オンオフの周波数（周期）を２．５Hz〜１０Hzまで変化させた場合（オンの回数を７５回とした）、200msのオン時間とし、オンオフの周波数（周期）を０．５Hz〜５Hzまで変化させた場合（オンの回数を３０回とした）、500msのオン時間とし、オンオフの周波数（周期）を０．２Hz〜２Hzまで変化させた場合（オンの回数を１２回とした）、1000msのオン時間とし、オンオフの周波数（周期）を０．１Hz〜０．８Hzまで変化させた場合（オンの回数を６回とした）のそれぞれについて、カルモジュリンの活性を測定した。いずれの場合も、６sの間、レーザ光を照射したことになる。

いずれの場合も、オンオフの周波数が高くなるほど、カルモジュリンの活性が大きくなった。また、レーザ光をオンにする時間と、オンオフの周波数の積が、５００〜９００ms・Hz内にあると、カルモジュリンの活性が大きい。

なお、上記のような周期にてレーザ光をオン・オフするとカルモジュリンが活性化し、ＴＲＰチャネルが抑制されることになる。一方、上記以外の周期（たとえば、レーザ光を継続的にオンにするなど）にてレーザ光を照射することによって、熱によるＴＲＰチャネルの活性化を生じることができる。したがって、レーザ光をオン・オフする周期を制御することにより、ＴＲＰチャネル抑制モードとＴＲＰチャネル活性モードを得ることができる。

４．その他の実施形態
上記実施形態では、レーザ光を照射しこれによって組織を熱膨張させて超音波を発生させ（レーザ光オン）、また、レーザ光の照射を停止することで組織の熱膨張を元に戻す（レーザ光オフ）ということを繰り返し、超音波の生成期間（上記オン期間）と超音波の生成されない期間（上記オフ期間）とを得るようにしている。この超音波は、組織内を伝達するので、レーザ光が直接照射される部位よりも深い部位にまで効果を与えることができる。

上記実施形態では、レーザ光を照射しているが、レーザ光源６に代えて超音波発生源を用い、制御部４によって超音波照射のオン・オフを制御するようにしてもよい。これによれば、患部に対して直接超音波を与えることができる。

また、レーザ光源と超音波発生源の双方を設け、いずれか一方を選択的に、あるいは双方を同時に照射できるようにしてもよい。

上記実施形態では、レーザ光を照射することで超音波を発生するようにしている。しかし、レーザ光以外のもの（例えば紫外線など）を照射することにより超音波を発生するようにしてもよい。

Claims

レーザ光を発する第一の発生源と、
前記第一の発生源からのレーザ光をオン・オフし、患部に照射するレーザ光を制御する第一の制御手段と、
を備えた細胞内のカルモジュリンを活性化させることで疾病を治療するために用いるレーザ照射装置の制御装置において、
前記第一の制御手段は、０．１Hz から１０Hz の間の周波数にてレーザ光をオン・オフし、
前記第一の制御手段によるレーザ光のオンの継続時間と周波数の積が５００〜９００の間になるように、継続時間と周波数を設定し、
前記第一の制御手段は、０．１Hz から１０Hz の間の周波数にてレーザ光をオン・オフするＴＲＰチャネル抑制モードと、レーザ光を連続的にオンにするか、あるいは前記周波数以外の周波数にてオン・オフするＴＲＰチャネル活性モードとを有することを特徴とする制御装置。
請求項１の制御装置において、
前記レーザ光は、７８０nmの波長を有することを特徴とする制御装置。
請求項１または２の制御装置において、レーザ光のオンの継続時間を、８０msec から１０００msec の間としたことを特徴とする制御装置。
請求項１〜４のいずれかの制御装置において、
超音波を放出する第二の発生源と、
前記第二の発生源からの超音波をオン・オフし、患部に照射するレーザ光または超音波を制御する第二の制御手段とをさらに備え、
前記第二の制御手段は、０．１Hz から１０Hz の間の周波数にて前記超音波をオン・オフするＴＲＰチャネル抑制モードと、前記超音波を連続的にオンにするか、あるいは前記周波数以外の周波数にてオン・オフするＴＲＰチャネル活性モードとを有することを特徴とする制御装置。