JP6544533B2 - ソノポレーションシステム - Google Patents

Description

本発明は、ソノポレーションにより生体細胞に導入物質を導入するためのソノポレーションシステムに関する。

従来、医療などを目的として、生体細胞内に様々な導入物質（例えば、遺伝子、薬剤、あるいはタンパク質などの活性化物質）を導入することが行われている。生体細胞内に導入物質を導入する方法としては様々な方法が提案されている。例えば、ウィルスの遺伝子に目的の遺伝子を組み込みこれを用いて生体細胞内に遺伝子を導入するウィルスベクター法、リン酸カルシウムなどの薬剤を利用する方法、生体細胞周囲の水の圧力を短時間に加圧する方法、導入物質を金製のナノ粒子に塗布しその粒子を高速で生体細胞内に打ち込む方法、及び、電気刺激により生体細胞の細胞膜に微小な穿孔を形成してその穴から導入物質を挿入するエレクトロポレーションなどが提案されている。それらの中で、比較的に容易に、かつ安全に実施できるという理由で、超音波を用いる方法であるソノポレーションが注目されている。

人工的に作製されターゲット生体細胞周囲に注入されたバブル（マイクロバブル）に対して超音波が送信されると、当該バブルにおいて体積振動が生じる。バブルに送信する超音波の音圧（振幅）をある程度大きくすると、バブルの体積振動量が限界を超え、バブルが圧壊する。バブルが圧壊すると、その周囲の１方向に向かって衝撃波あるいはマイクロストリームと呼ばれる液体の急激な流れが生じる。これら衝撃波又はマイクロストリームがバブル近傍に位置するターゲット生体細胞の細胞膜に微細な孔を生じさせる。細胞の外殻に生じた孔から、ターゲット生体細胞周囲又はバブル内に存在していた導入物質が細胞内へ導入される。以上の一連の現象がソノポレーションと呼ばれている。

ソノポレーションは、生体内において容易に行うことができるという特徴も有しているが、生体内から取り出した生体細胞に対してソノポレーションを行うことも可能である。その場合は、例えば、特許文献１に開示されているような、シャーレ内の物質に超音波を照射するシステムを用い、当該シャーレ内に生体細胞、導入物質、及びバブルを入れた上で超音波を照射する方法を採用し得る。また、生体内から取り出した生体細胞に対してソノポレーションを行うにあたっては、取り出された生体細胞をできる限り生体内と同じ環境に置くことが望ましい。このような観点からは、例えば特許文献２に開示されているような、水槽内に超音波振動子を設置し、生体細胞を入れた容器を水面に設置し、水中から超音波を容器に向けて照射するシステムを用い、当該容器内に生体細胞、導入物質、及びバブルを入れた上で超音波を照射する方法を採用し得る。なお、特許文献３には、上述のエレクトロポレーションにより導入物質を生体細胞に導入するためのシステムが開示されているが、エレクトロポレーションとソノポレーションはその原理が全く異なるものである。

特開２０１５−２２３１０９号公報 米国特許出願公開第２００３／００７８２２７号明細書 特表２００８−５０９６５３号公報

生体内から取り出した生体細胞に対してソノポレーションを行う場合、生体内から取り出した生体細胞に目的外の物質（不純物）が混入すると、ソノポレーションの好適な結果（効果）が得られなくなる場合がある。例えば、生体細胞を含む混合液が空気に晒されると、空気中に浮遊するバクテリアや塵などが当該混合液に混入する場合がある。特に、ソノポレーションにより導入物質が導入された生体細胞を生体内に戻すという治療行為が行われる場合は、決して不純物が混入してはならないという強い要請がある。

また、生体内から取り出した生体細胞に対してソノポレーションを行う場合、危険な生体細胞あるいは導入物質が作業者へ暴露する可能性があるという問題も指摘できる。

本発明の目的は、生体細胞を含む混合液への不純物の混入を防止しつつソノポレーションを行うことにある。あるいは、本発明の目的は、生体細胞あるいは導入物質の作業者への暴露を防止しつつソノポレーションを行うことにある。

本発明は、ターゲット生体細胞と導入物質とソノポレーション用のバブルとの混合液を外部から隔離した状態で生成する混合液生成部と、外部から隔離された内部空間であるソノポレーション室を有する容器と、前記混合液を外部から隔離した状態で前記ソノポレーション室に流入させるための密閉流入流路と、前記ソノポレーション室に流入した前記混合液に対してソノポレーション用の超音波を照射する超音波照射部と、前記超音波が照射された混合液を外部から隔離した状態で前記ソノポレーション室から流出させる密閉流出流路と、を備えることを特徴とするソノポレーションシステムである。

上記構成によれば、混合液生成部により、ソノポレーションに必要な物質を含む混合液、すなわち、ターゲット生体細胞、導入物質、及びソノポレーション用のバブルとの混合液が外部から隔離した状態で生成される。混合液生成部は、外部から隔離した状態で混合液を生成するから、当該混合液には不純物が混入しない。例えば、混合液は空気に触れないから、空気中のバクテリアや塵などが混合液に混入しない。また、当該混合液が作業者に暴露するおそれもない。さらに、混合液が流入する容器は、外部から隔離された内部空間（ソノポレーション室）を有するため、ソノポレーション室に流入した混合液にも不純物は混入しない。もちろん、作業者への暴露のおそれもない。その状態において、超音波照射部により、ソノポレーション室に対して超音波が照射される。これにより、混合液への不純物の混入が防止されつつ、あるいは、混合液の作業者への暴露が防止されつつ、ソノポレーションが行われる。

密閉流入流路によれば、混合液生成部により生成された混合液をソノポレーション室に流入させることができる。密閉流入流路は外部から隔離された状態で混合液をソノポレーション室へ流入させるから、密閉流入流路において混合液に不純物が混入することがない。また、密閉流入流路に流通する混合液が作業者に暴露するおそれがない。

密閉流出流路によれば、ソノポレーションが行われ、導入物質が導入された生体細胞を含む処理済みの混合液をソノポレーション室から流出させることができる。密閉流出流路は外部から隔離された状態で混合液をソノポレーション室から流出させるから、密閉流出流路においても混合液に不純物が混入することがない。また、密閉流出流路に流通する混合液が作業者に暴露するおそれがない。なお、密閉流出流路の接続先は、例えば処理済みの混合液を貯留する貯留袋などであってよい。

望ましくは、前記密閉流入流路から前記ソノポレーション室を経由して前記密閉流出流路まで前記混合液を流通させる流通制御部、をさらに備えることを特徴とする。流通制御部によれば、人の手によらずに、密閉流入流路から密閉流出流路まで混合液を流通させることができる。つまり、流通制御部によれば、混合液が自動的に流れるフロー型のソノポレーションシステムが提供される。これにより、大量の生体細胞に対してソノポレーションを行うことが可能になる。

望ましくは、前記超音波照射部の超音波照射面と前記容器との間に超音波伝播媒質が充填される、ことを特徴とする。超音波伝播媒質によれば、超音波照射面からの超音波をより好適に容器内の混合液に伝播させることができる。

望ましくは、前記容器はチューブ状である、ことを特徴とする。容器がチューブ状であることで、ソノポレーション室（チューブ状容器の内部空間）において混合液を好適に流通させることができる。これにより、混合液がソノポレーション室に流入し、ソノポレーション室に流入した混合液に超音波が照射され、処理済みの混合液がソノポレーション室から流出する、という一連の流れをよりスムーズに行うことができる。また、密閉流入流路、容器、及び密閉流出流路を一連のチューブ部材で構成するようにしてもよい。なお、容器としては、市販のチューブ状部材を利用することができる。容器として市販のチューブを利用すれば、容器を交換可能部材（使い捨て部材）とすることができる。

望ましくは、前記超音波照射部の超音波照射面に対するチューブ状の前記容器の姿勢を規定する姿勢規定部、をさらに備えることを特徴とする。チューブ状の容器は、その形状をフレキシブルに変更できるのが一般的である。したがって、チューブ状の容器に超音波照射面からの超音波が好適に照射されるように、チューブ状の容器を超音波照射面に対して位置決めする必要がある。また、チューブ状の容器が交換可能である場合、交換前と交換後におけるチューブ状の容器に対する超音波の照射条件を一定に保つために（つまりソノポレーションの条件を一定に保つために）、超音波照射面に対するチューブ状の容器の姿勢を規定する必要がある。当該構成においては、超音波照射面に対するチューブ状の容器の位置決め、及び姿勢の規定が姿勢規定部によって実現される。

本発明によれば、生体細胞を含む混合液への不純物の混入を防止しつつソノポレーションを行うことができる。あるいは、本発明によれば、生体細胞あるいは導入物質の作業者への暴露を防止しつつソノポレーションを行うことができる。

本実施形態に係るソノポレーションシステムの構成概略図である。 ソノポレーションの様子を示す概念図である。 超音波送信装置の機能ブロックを示す図である。 超音波送信部の外観斜視図である。 超音波照射面に対する輸液チューブの容器部の姿勢が規定された様子を示す第１の図である。 超音波送信部、容器部、及びアタッチメント部材の断面図である。 アタッチメント部材の変形例を示す図である。 超音波照射面に対する輸液チューブの容器部の姿勢が規定された様子を示す第２の図である。 超音波送信部の変形例の斜視図である。 超音波送信部の変形例の断面図である。

以下、本実施形態に係るソノポレーションシステムについて説明する。図１には、本実施形態に係るソノポレーションシステムの構成概略図が示されている。

生体細胞袋１０は、例えば樹脂製の密閉袋である。生体細胞袋１０は、滅菌処理された上で、生体内から取得した生体細胞群（ターゲット生体細胞群）１２が封入される。つまり、生体細胞群１２は外部（外界）から隔離された状態で生体細胞袋１０内に封入されている。本実施形態においては、生体細胞袋１０には、生体細胞群１２と生理食塩水とが混合されて封入される。もちろん、生体細胞袋１０には、不純物が混入しないように、例えばバクテリアや塵などを含む空気に触れないように、生体内から生体細胞群１２が移される。例えば、無菌室（クリーンルーム）において、生体細胞群１２が生体細胞袋１０内に封入される。以下、生体細胞群１２と生理食塩水との混合物を単に生体細胞群１２と記載する。

生体細胞袋１０からは、生体細胞群１２を生体細胞袋１０から流出させるための生体細胞流出路１４ａが引き出される。生体細胞流出路１４ａは、筒状（チューブ状）であり、筒の内側空間が生体細胞群１２の流路を形成している。これにより、生体細胞群１２は、外部から隔離された状態で生体細胞袋１０から生体細胞流出路１４ａに流出する。

本実施形態では、生体細胞流出路１４ａ以下、後述の処理済み混合液袋３８に至るまでの生体細胞群１２が流通する経路は一連の輸液チューブ１４で構成される。輸液チューブ１４は筒状であり、輸液チューブ１４の内側空間が生体細胞群１２の流路となる。これにより、生体細胞群１２は、外部から隔離された状態で、生体細胞袋１０から処理済み混合液袋３８まで流通される。輸液チューブ１４は例えば樹脂製であってよく、詳しくは、例えばポリブタジエンなどの合成ゴム素材で生成される。また、輸液チューブ１４は、可撓性を有していてよい。

流通制御部としてのチューブポンプ１６は、生体細胞袋１０から生体細胞流出路１４ａに流出した生体細胞群１２を下流側（処理済み混合液袋３８側）へ送るための装置である。チューブポンプ１６は、複数のローラを含んで構成され、当該複数のローラにより輸液チューブ１４で構成される生体細胞流出路１４ａを扱くことにより、生体細胞流出路１４ａに流出した生体細胞群１２を下流側へ送る。これにより、生体細胞流出路１４ａ以下、輸液チューブ１４内にある生体細胞群１２あるいは後述の混合液が、後述の容器部１４ｄを経由して、処理済み混合液袋３８まで流通される。チューブポンプ１６により、本実施形態に係るソノポレーションシステムは、生体細胞群１２あるいは混合液が自動的に輸液チューブ１４内を流通するフロー型のソノポレーションシステムとなっている。

遺伝子袋１８には、ソノポレーションにより生体細胞群１２に導入される導入物質としての遺伝子群２０が封入されている。遺伝子袋１８も、生体細胞袋１０と同様に樹脂製の密閉袋であり、そこには、不純物が混入しないように遺伝子群２０が封入される。本実施形態では、導入物質として遺伝子群２０を用いているが、導入物質としてはこれに限られない。導入物質としては、治療を目的として生体内に導入される物質であり、例えば、薬剤あるいはタンパク質などの活性化物質であってもよい。

遺伝子袋１８からは、遺伝子群２０を遺伝子袋１８から流出させるための遺伝子流出路２２ａが引き出される。遺伝子流出路２２ａは、輸液チューブ１４同様筒状であり、筒の内側空間が遺伝子群２０の流路を形成している。これにより、遺伝子群２０も、外部から隔離された状態で遺伝子袋１８から遺伝子流出路２２ａに流出する。

遺伝子流出路２２ａの途中には、遺伝子袋１８からの遺伝子群２０の流出量を調整するための定量制御装置２４ａが設けられてよい。定量制御装置２４ａとしては、例えば開閉量が調整可能な弁などであってよい。

遺伝子流出路２２ａの下流側端部は、生体細胞流出路１４ａの下流側端部に合流する。両路の合流点には、両路を結合するための三方活栓２６ａが設けられる。三方活栓２６ａにより、生体細胞流出路１４ａからの生体細胞群１２と、遺伝子流出路２２ａからの遺伝子群２０が混合され、両者の混合液が、三方活栓２６ａから下流側に伸びる第１混合液流出路１４ｂに流出される。

バブル袋２８には、ソノポレーションにおいて利用されるバブル（マイクロバブル）群３０が封入されている。バブル袋２８も、生体細胞袋１０などと同様に樹脂製の密閉袋であり、そこには、不純物が混入しないようにバブル群３０が封入される。バブル群３０に含まれる各バブルは人工の気泡であり、そのサイズは直径０．５μｍ〜１０μｍ程度である。

バブル袋２８からは、バブル袋２８内に封入されたバブル群３０を流出させるためのバブル流出路２２ｂが引き出される。バブル流出路２２ｂは、遺伝子流出路２２ａなどと同様筒状であり、筒の内側空間がバブル群３０の流路を形成している。これにより、バブル群３０も、外部から隔離された状態でバブル袋２８からバブル流出路２２ｂに流出する。

バブル流出路２２ｂの途中には、バブル袋２８からのバブル群３０の流出量を調整するための定量制御装置２４ｂが設けられてよい。定量制御装置２４ｂは、定量制御装置２４ａ同様、開閉量が調整可能な弁などであってよい。

バブル流出路２２ｂの下流側端部は、第１混合液流出路１４ｂの下流側端部に合流する。両路の合流点には、両路を結合するための三方活栓２６ｂが設けられる。三方活栓２６ｂにより、第１混合液流出路１４ｂからの生体細胞群１２及び遺伝子群２０の混合液と、バブル流出路２２ｂからのバブル群３０が混合され、生体細胞群１２と、遺伝子群２０と、バブル群３０との混合液が、三方活栓２６ｂから下流側に伸びる第２混合液流出路１４ｃに流出される。

上述の通り、生体細胞袋１０から流出した生体細胞群１２、遺伝子袋１８から流出した遺伝子群２０、及びバブル袋２８から流出したバブル群３０は、外部から隔離された状態において混合され、生体細胞群１２と、遺伝子群２０と、バブル群３０との混合液（以下単に「混合液」と記載する）が生成される。このように、本実施形態では、混合液生成部は、生体細胞袋１０、生体細胞流出路１４ａ、遺伝子袋１８、遺伝子流出路２２ａ、三方活栓２６ａ、第１混合液流出路１４ｂ、バブル袋２８、バブル流出路２２ｂ、及び三方活栓２６ｂを含んで構成される。

第２混合液流出路１４ｃは、超音波が照射される容器としての容器部１４ｄに接続される。上述の通り、本実施形態では、容器部１４ｄも輸液チューブ１４の一部であり、容器部１４ｄの筒の内側空間（内部空間）がソノポレーション室を構成する。ソノポレーション室も輸液チューブ１４の内側であるから、ソノポレーション室も外部から隔離されている。このように、第２混合液流出路１４ｃは、外部から隔離した状態で、生成された混合液をソノポレーション室へ流入させるための流路となる。したがって、本実施形態では、密閉流入流路は第２混合液流出路１４ｃにより構成される。なお、バブル群３０をなるべく破損せずにの容器部１４ｄに流通させるため、三方活栓２６ｂと容器部１４ｄとの間の距離はなるべく短い方が好ましい。換言すれば、第２混合液流出路１４ｃは、なるべく短い方が好ましい。

超音波照射部としての超音波送信装置３２は、容器部１４ｄの内側であるソノポレーション室に流入した混合液にソノポレーション用の超音波を照射（送信）するものである。超音波送信装置３２は、超音波を送信する複数の振動子を有する超音波送信部３４、及び、送信される超音波の制御を行う超音波制御部３６から構成される。超音波送信装置３２の詳細については図３及び図４を参照して後述する。

ソノポレーション室に流入した混合液に超音波が照射されることで、ソノポレーションが生じ、それにより遺伝子群２０が生体細胞群１２に導入される。

ここで、図２を参照しながら、ソノポレーションについて説明する。図２に、ソノポレーションの様子を示す概念図が示されている。なお、図２は、説明のための模式図に過ぎないものである。図２（ａ）には、ソノポレーション室に流入した生体細胞群１２に含まれる１つの生体細胞５０が示されている。生体細胞５０は、細胞核５０ａ及び細胞膜５０ｂを有する。さらに、図２には、生体細胞５０の近傍に位置する遺伝子群２０及びバブル群３０が示されている。

ソノポレーション室に流入した混合液に超音波送信装置３２により超音波ＵＳが照射されると、超音波ＵＳは生体細胞５０近傍に位置するバブル３０ａに到達する。すると、バブル３０ａは体積振動を起こし、やがて圧壊する。バブル３０ａが圧壊すると、バブル３０ａから１方向に向けて衝撃波あるいはマイクロストリームが発生する。当該衝撃波などは、生体細胞５０へ向けて（図２（ａ）中の矢印の方向へ向けて）生じる場合があり、その場合において当該衝撃波などによって細胞膜５０ｂに孔５２が開けられる。そうすると、図２（ｂ）に示すように、生体細胞５０の近傍に位置する１又は複数の遺伝子２０ａが、孔５２を通って生体細胞５０内へ取り込まれる。そして、生体細胞５０内へ取り込まれた遺伝子２０ａが細胞核５０ａと反応すると、遺伝子２０ａの効果が発現する。なお、細胞膜５０ｂに空いた孔５２は、生体細胞５０が正常に機能している限りにおいて、生体細胞５０の自己修復力により塞がれる。

図１に戻り、超音波が照射されソノポレーションが行われた処理済み混合液は、ソノポレーション室から処理済み混合液流出路１４ｅへ流出する。上述の通り、処理済み混合液流出路１４ｅも輸液チューブ１４の一部であり、その内側空間は外部から隔離されている。つまり、本実施形態では、密閉流出流路は処理済み混合液流出路１４ｅにより構成される。処理済み混合液流出路１４ｅの下流側端は処理済み混合液袋３８に接続される。

処理済み混合液袋３８は、生体細胞袋１０同様樹脂製の密閉袋である。処理済み混合液袋３８には、処理済み混合液流出路１４ｅから流入してくる処理済み混合液４０が封入される。つまり、ソノポレーションが行われた後においても、処理済み混合液４０は、外部から隔離された状態で処理済み混合液袋３８内に封入される。処理済み混合液袋３８に封入された処理済み混合液４０は、その後適宜処理される。例えば、そのまま生体細胞群１２に導入された遺伝子群２０の発現が観察されてもよいし、処理済み混合液４０が生体内へ戻されてもよい。もちろん、処理済み混合液４０を生体内に戻す場合は、処理済み混合液４０に不純物が混入しないように生体内に戻される。

以下、図３及び図４を参照して、超音波送信装置３２の詳細について説明する。図３には、超音波送信装置３２の機能ブロック図が示されている。上述の通り、超音波送信装置３２は、超音波送信部３４及び超音波制御部３６から構成される。

超音波送信部３４は、複数の振動子６０を含んで構成される。振動子６０は、電圧が加えられると歪みを生じる圧電素子である。振動子６０は、超音波制御部３６から供給される電圧信号であるパルス波により振動させられ、それによりソノポレーション用の超音波ＵＳを生じさせる。振動子６０は、超音波制御部３６からのパルス波の特性（電圧、周波数など）に応じた特性の超音波ＵＳを生じさせる。上述のように、振動子６０が生じさせる超音波ＵＳは、ソノポレーション室に流入した混合液に対して照射される。

超音波制御部３６は、コントローラ６２及び送信回路６４を含んで構成される。

コントローラ６２は、例えばマイクロコントローラなどから構成され、送信回路６４（より詳しくは送信回路６４に含まれる後述の発振回路６６及び増幅回路６８）に対して、これらを制御する制御信号を送信する。コントローラ６２は、超音波制御部３６が有する記憶部（不図示）に記憶されたプログラムに従って、送信回路６４に対して制御信号を送信する。

送信回路６４は、振動子６０を駆動するためのパルス波を生成して振動子６０に供給するものであり、発振回路６６及び増幅回路６８を含んで構成されている。

発振回路６６は、振動子６０を駆動するためのパルス波を生成する。パルス波は、例えば所定の周波数を有する正弦波あるいは方形波などである。また、コントローラ６２から送られる制御信号は、発振回路６６から出力されるパルス波の周波数を指示する信号を含んでいる。したがって、発振回路６６は、制御信号によって指示された周波数のパルス波を出力する。増幅回路６８は、発振回路６６が出力したパルス波の電圧振幅の変更を行う。増幅回路６８はコントローラ６２からの制御信号が示す電圧振幅へパルス波の電圧振幅を変更する。増幅回路６８により処理されたパルス波は、超音波送信部３４が有する各振動子６０に送られる。

図４には、超音波送信部３４の外観斜視図が示されている。図４に示される通り、本実施形態における超音波送信部３４は平面視で円形となっている。その上面近傍において複数の振動子６０が埋設されており、各振動子６０から上方に向けて超音波が照射される。したがって、超音波送信部３４の上面が超音波照射面７０となる。超音波照射面７０も平面視で円形となっている。

超音波照射面７０の側面及び底面を取り囲むように枠体７２が設けられる。枠体７２は、剛性をもった部材で形成されており、例えばベーク材などの樹脂で形成される。図４に示される通り、超音波照射面７０は、枠体７２の上面７２ａに対して少し低くなっており、つまり、枠体７２の一部が、超音波照射面７０の径方向端部から立設する円筒状の側壁を構成している。当該側壁により、超音波照射面７０の上側に平面視で円形のシャーレを置いたときに、シャーレの水平方向のずれが防止されると共に、超音波照射面７０とシャーレとの間に液状の超音波伝播媒質（例えば脱気水あるいはエコーゼリーなど）を充填させたときに、当該超音波伝播媒質の漏れが防止される。

超音波照射面７０から上方に向けて超音波が照射されるから、輸液チューブ１４の容器部１４ｄは、超音波照射面７０の上方に配置される。本実施形態では、容器部１４ｄが超音波照射面７０の超音波照射領域から外れないように、容器部１４ｄが超音波照射面７０に対して位置決めされる。換言すれば、超音波照射面７０に対する容器部１４ｄの姿勢が規定される。

図５に、超音波照射面７０に対する容器部１４ｄの姿勢が規定された様子が示されている。図５に示すように、本実施形態では、姿勢規定部としてのアタッチメント部材８０により、容器部１４ｄの姿勢が規定される。アタッチメント部材８０は剛体で形成される部材である。例えば、プラスチックなどの樹脂、あるいはガラスなどで形成される。また、アタッチメント部材８０は超音波送信部３４に対して脱着可能な部材である。

アタッチメント部材８０は円筒形状となっている。その直径は超音波照射面７０の直径よりも小さくなっている。したがって、アタッチメント部材８０は、超音波照射面７０の上側であって、枠体７２が構成する側壁内に設置可能となっている。

アタッチメント部材８０の側面には、輸液チューブ１４を通すための２つの切り欠き８０ａ及び８０ｂが設けられている。本実施形態においては、２つの切り欠き８０ａ及び８０ｂは、アタッチメント部材８０の対向する側面に設けられているが、切り欠き８０ａ及び８０ｂが設けられる位置はそれに限られない。また、本実施形態では切り欠き８０ａ及び８０ｂにより輸液チューブ１４が通されているが、切り欠き８０ａ及び８０ｂに代えて、輸液チューブ１４を通すことが可能な２つの孔をアタッチメント部材８０の側面に設けるようにしてもよい。

２つの切り欠き８０ａ及び８０ｂに輸液チューブ１４が挿通されることで、超音波照射面７０の上方において輸液チューブ１４（容器部１４ｄ）の姿勢が規定される。図５に示されるように、姿勢が規定された輸液チューブ１４において、切り欠き８０ａよりもアタッチメント部材８０の外側の部分が第２混合液流出路１４ｃであり、切り欠き８０ｂよりもアタッチメント部材８０の外側の部分が処理済み混合液流出路１４ｅであり、切り欠き８０ａと８０ｂの間の部分、すなわち、超音波照射面７０の上方に位置する部分が容器部１４ｄとなる。

図５に示されたように超音波照射面７０の上方に位置決めされた輸液チューブ１４内に、チューブポンプ１６の作用により混合液が流れていき、その過程においてソノポレーションが行われる。詳しくは、第２混合液流出路１４ｃ内を流通してきた混合液が容器部１４ｄ内のソノポレーション室に流入すると、ソノポレーション室内を流通する混合液に対して振動子６０からの超音波が照射される。ソノポレーション室内を流通していく混合液に対しては、それがソノポレーション室内にある限りにおいて超音波が照射され続ける。本実施形態においては、ソノポレーションを生じさせるために混合液に対して約１０秒程度超音波を照射することとしている。したがって、混合液が容器部１４ｄの始点（切り欠き８０ａの位置）から容器部１４ｄの終点（切り欠き８０ｂの位置）まで流通するのに約１０秒程度かかるようにチューブポンプ１６において流速が調整される。ソノポレーションが行われた後の処理済み混合液は、そのまま処理済み混合液流出路１４ｅから流出される。

アタッチメント部材８０を用いることで、超音波照射面７０に対する容器部１４ｄの姿勢が規定されるから、輸液チューブ１４が交換された場合においても、再度セットされた容器部１４ｄは、交換前の容器部１４ｄの姿勢と同等の姿勢を容易に取ることができる。これにより、容器部１４ｄに対する超音波の照射条件が一定に保たれる。

超音波送信部３４からの超音波がより好適に混合液に照射されるよう、超音波照射面７０と容器部１４ｄとの間は超音波伝播媒質で充填されるのが望ましい。

図６には、超音波照射面７０と容器部１４ｄとの間に超音波伝播媒質としての脱気水９０が充填された様子が示されている。図６は、容器部１４ｄ、超音波送信部３４、及びアタッチメント部材８０の断面図が示されている。上述の通り、アタッチメント部材８０は円筒形状を有しているから、その内側に脱気水９０を注入することができる。なお、脱気水９０をアタッチメント部材８０の内側に注入する場合は、アタッチメント部材８０の切り欠き８０ａ及び８０ｂは、輸液チューブ１４を挿通した上で封止される。これにより、アタッチメント部材８０の内側において脱気水９０が充填され、つまり、超音波照射面７０と容器部１４ｄとの間に脱気水９０が充填される。これにより、超音波照射面７０と容器部１４ｄとの間に空気層がなくなり、超音波照射面７０から照射された超音波の反射が低減され、容器部１４ｄ内のソノポレーション室９２に流入した混合液９４に対してより好適に超音波が照射される。なお、本実施形態では、超音波伝播媒質として脱気水９０が用いられているが、超音波伝播媒質としては、それに限られず、例えばエコーゼリーなどであってもよい。

図７には、アタッチメント部材の変形例の斜視図が示されている。また、図８には、アタッチメント部材の変形例の平面図が示されている。図７に示される通り、変形例に係るアタッチメント部材１００は、アタッチメント部材８０と同様に、円筒形状であり、輸液チューブ１４を挿通させるための切り欠き１００ａ及び１００ｂが側面に設けられている。そして、アタッチメント部材１００も、超音波照射面７０の上側であって、枠体７２が構成する側壁内に設置される。

アタッチメント部材１００には、アタッチメント部材１００の側面上端を直線的に繋ぐように設けられる２本の梁部１００ｃ及び１００ｄが設けられる。また、アタッチメント部材１００は、梁部１００ｃから垂直下方に伸びる垂直柱１００ｅ、及び、梁部１００ｄから垂直下方に伸びる垂直柱１００ｆが設けられる。垂直柱１００ｅは、平面視において切り欠き１００ａからなるべく離れた位置であって、切り欠き１００ａと切り欠き１００ｂを結ぶ直線からなるべく離れた位置に設けられるのが望ましく、垂直柱１００ｆは、平面視において切り欠き１００ｂからなるべく離れた位置であって、切り欠き１００ａと切り欠き１００ｂを結ぶ直線からなるべく離れた位置に設けられるのが望ましい。また、垂直柱１００ｅ及び１００ｆは、超音波照射面７０の中心点に対して点対象となる位置に配置されるのが望ましい。

図８に示されるように、アタッチメント部材１００においては、輸液チューブ１４は、切り欠き１００ａに挿通された後、垂直柱１００ｅに引っ掛けられ、その後さらに垂直柱１００ｆに引っ掛けられた上で切り欠き１００ｂに挿通されてアタッチメント部材１００の外側へと引き出される。そうすると、図８に示すように、容器部１４ｄは、超音波照射面７０の上方において蛇行するような姿勢となる。

これにより、輸液チューブ１４における容器部１４ｄとしての長さが長くなり、つまり超音波が照射されるソノポレーション室の長さが長くなる。これにより、少なくともアタッチメント部材８０を使用した場合に比して、ソノポレーション室内の混合液に対して十分な時間超音波を照射させることを担保しつつ、輸液チューブ１４を流れる混合液の流速を向上させることができる。つまり、ソノポレーションの処理速度を向上させることができる。

それと共に、容器部１４ｄが超音波照射面７０上を蛇行するから、アタッチメント部材８０を使用したときに比して、超音波送信部３４が有する複数の振動子６０が送信する超音波を効率的に利用することができる。具体的には、アタッチメント部材８０を使用したときは、直線状の容器部１４ｄの下に位置する振動子６０からの超音波しか混合液に照射されないが、アタッチメント部材１００を使用したときは、図８に示すように、容器部１４ｄがより多くの振動子６０の上を通過するから、より多くの振動子６０からの超音波を混合液に照射させることができる。

なお、アタッチメント部材１００を用いた場合であっても、アタッチメント部材１００の内側に脱気水９０が注入されてよい。

図９には、超音波送信部の変形例の斜視図が示されている。図９に示される通り、変形例に係る超音波送信部１１０は、輸液チューブ１４の延伸方向に伸びる細長形状の枠体１１２を有している。枠体１１２は、超音波送信部３４（図４など参照）の枠体７２と同様に剛性をもった部材で形成される。枠体１１２の短手断面は略Ｕ字型となっており、上方が開いた形状を有している。つまり、枠体１１２は２つの側壁と底板を有している。枠体１１２の２つの側壁及び底板には、それぞれ複数の振動子１１４が埋設されている。より詳しくは、枠体１１２の２つの側壁及び底板それぞれには、枠体１１２（つまり輸液チューブ１４）の延伸方向に沿って整列された複数の振動子１１４が設けられている。枠体１１２の２つの側壁及び底板が含む複数の振動子１１４は、それぞれ、断面Ｕ字状の枠体１１２の内側領域に向けて超音波を照射するものである。つまり、超音波送信部１１０の超音波照射面は、枠体１１２の２つの側壁の内側面、及び底板の上側面（底面）となる。

枠体１１２の上側開放部から輸液チューブ１４が枠体１１２の内側領域に落とし込まれる。図９には、枠体１１２に輸液チューブ１４が落とし込まれた状態が示されている。また、枠体１１２に輸液チューブ１４が落とし込まれた状態における短手断面が図１０に示されている。変形例においては、輸液チューブ１４のうち、枠体１１２に挟み込まれた部分が容器部１４ｄを構成する。なお、変形例においても、超音波送信部１１０の超音波照射面と容器部１４ｄとの間には超音波伝播媒質が充填される。ここでは、超音波伝播媒質としてエコーゼリー１１６が充填される。なお、枠体１１２の長手方向端部からの漏れが防止されるならば、超音波送信部１１０において超音波伝播媒質として脱気水を用いることもできる。

図９及び図１０に示された状態において、各振動子１１４から超音波が照射されると、超音波送信部１１０が有する全ての振動子１１４から、容器部１４ｄ（つまりソノポレーション室９２に流入した混合液９４）に対して超音波が照射されることになる。したがって、超音波送信部１１０によれば、効率良く、つまり無駄な超音波の照射を低減しつつ混合液９４にソノポレーション用の超音波を照射することができる。

以上説明した本実施形態に係るソノポレーションシステムによれば、生体細胞群１２と、遺伝子群２０と、バブル群３０との混合液の生成され、混合液がソノポレーション室へ流通され、ソノポレーション室において混合液に超音波が照射されてソノポレーションが行われ、処理済みの混合液がソノポレーション室から処理済み混合液袋３８まで流通するまでの間の一連の処理が外部から隔離された状態で行われる。これにより、混合液に不純物が混入することが防止されつつソノポレーションを行うことができる。それと共に、混合液の作業者への暴露が防止されつつソノポレーションを行うことができる。

なお、本実施形態に係るソノポレーションシステムにおいては、生体から取り出された生体細胞群１２が一旦生体細胞袋１０に封入され、また、処理済みの混合液が処理済み混合液袋３８に封入されていたが、本発明によれば、将来的には、生体内からの生体細胞群１２を直接生体細胞流出路１４ａに流入させ、また、処理済みの混合液を処理済み混合液流出路１４ｅから直接生体内へ戻すことも実現可能となる。

以上、本発明に係る実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、混合液生成部としては、上記実施形態の態様に限られず、外部から隔離した状態で、生体細胞群１２と、遺伝子群２０と、バブル群３０との混合液が生成できる限りにおいて、様々な態様を取ることができる。例えば、上記実施形態においては、まず生体細胞群１２と遺伝子群２０とが混合され、次いでバブル群３０が混合されているが、そのような態様には限られない。しかし、上述のように、混合液が容器部へ到達するまでにできるだけバブル群３０を崩壊させない観点からは、バブル群３０は容器部からできるだけ近い位置で混合されるのが望ましい。

また、上記実施形態においては、容器部を輸液チューブ１４の一部としていたが、容器部としては、その内部空間（ソノポレーション室）に混合液が外部から隔離された状態において一定期間貯留される限りにおいて様々な態様を取ることができる。例えば容器部としては密閉内部空間を有するビニール袋などであってもよい。また、輸液チューブ１４の一部以外を容器部として用いる場合、当該容器部には、混合液を密閉状態で容器部に流入させるための密閉流入流路、及び処理済みの混合液を密閉状態で容器部から流出させるための密閉流出流路が接続される。

また、超音波送信装置３２としては、容器部内のソノポレーション室に流入した混合液に対してソノポレーション用の超音波が照射できる限りにおいて、様々な態様を取ることができる。例えば、超音波送信部３４の形状としては上述の実施形態及び変形例に限られない。

１０ 生体細胞袋、１２ 生体細胞群、１４ 輸液チューブ、１４ａ 生体細胞流出路、１４ｂ 第１混合液流出路、１４ｃ 第２混合液流出路、１４ｄ 容器部、１４ｅ 処理済み混合液流出路、１６ チューブポンプ、１８ 遺伝子袋、２０ 遺伝子群、２２ａ 遺伝子流出路、２２ｂ バブル流出路、２４ａ，２４ｂ 定量制御装置、２６ａ，２６ｂ 三方活栓、２８ バブル袋、３０ バブル群、３２ 超音波送信装置、３４ 超音波送信部、３６ 超音波制御部、３８ 処理済み混合液袋、４０ 処理済み混合液。

Claims (5)

1. ターゲット生体細胞と導入物質とソノポレーション用のバブルとの混合液を外部から隔離した状態で生成する混合液生成部と、
   外部から隔離された内部空間であるソノポレーション室を有する容器と、
   前記混合液を外部から隔離した状態で前記ソノポレーション室に流入させるための密閉流入流路と、
   前記ソノポレーション室に流入した前記混合液に対してソノポレーション用の超音波を照射する超音波照射部と、
   前記超音波が照射された混合液を外部から隔離した状態で前記ソノポレーション室から流出させる密閉流出流路と、
   を備えることを特徴とするソノポレーションシステム。
2. 前記密閉流入流路から前記ソノポレーション室を経由して前記密閉流出流路まで前記混合液を流通させる流通制御部、
   をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のソノポレーションシステム。
3. 前記超音波照射部の超音波照射面と前記容器との間に超音波伝播媒質が充填される、
   ことを特徴とする、請求項１に記載のソノポレーションシステム。
4. 前記容器はチューブ状である、
   ことを特徴とする、請求項１に記載のソノポレーションシステム。
5. 前記超音波照射部の超音波照射面に対するチューブ状の前記容器の姿勢を規定する姿勢規定部、
   をさらに備えることを特徴とする、請求項４に記載のソノポレーションシステム。