JPS63317073A

JPS63317073A - 電気的細胞破壊装置

Info

Publication number: JPS63317073A
Application number: JP62154172A
Authority: JP
Inventors: Akira Mizuno; 彰水野; Katsuji Hasegawa; 勝二長谷川; Mitsuo Watanabe; 光雄渡辺; Shigeyuki Kimura; 木村　茂行
Original assignee: Japan Spectroscopic Co Ltd
Current assignee: Jasco Corp
Priority date: 1987-06-20
Filing date: 1987-06-20
Publication date: 1988-12-26

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、組織内の癌細胞等を電気的に破壊する電気的
細胞破壊装置に関する。

［従来の技術］癌細胞等を破壊する細胞破壊装置としては、レーザーメ
ス、加熱装置、放射線照射装置等がある。

［発明が解決しようとする問題点コしかし、レーザーメスでは、レーザー光線は組織内を透
過することができないので、組織表面の細胞しか破壊す
ることができず、組織内部の細胞を破壊するには、組織
を切開しなければならない。

また、加熱装置では、特定部位のみを集中的に加熱する
ことができない。

さらに、放射線照射装置では、装置が大型であり、かつ
高価である。

本発明の目的は、上記問題点に鑑み、組織を切開するこ
となく組織内部の細胞を破壊することができ、しかむ局
所的に破壊することができ、そのうえ、小型化できる電
気的細胞破壊装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］本第１発明に係る電気的細胞破壊装置では、組織内に差
し込まれる針電極と、該針電極の先ｌａ部を除いて、該針電極の外周面を被覆
する絶縁部材と、該針電極に対向して、該組織の表面に押接される面電極
と、出力端子が該針電極と該面電極に接続され、立上り時間
がｌＯμＳｅｅ以下であり、がっ、該針電極先端付近の
細胞組織の電界強度がＩ　ＯＫ　Ｖ／ｃ■以上ＩＭＶ／
ｃ−以下であるパルス電圧を発生するパルス電圧発生手
段と、を有することを特徴としている。

また、本第２発明に係る電気的細胞破壊装置では、組織内に差し込まれる針電極と、該針電極の先端部を除いて、該針電極の外周面を被覆す
る絶縁部材と、該絶縁部材の先端部を除いて、該絶縁部材の外周面を被
覆する面電極と、出力端子が該針電極と該面電極に接続され、立りり時間
が１０μｓｅｃ以下であり、がっ、−針電極先端部付近
の細胞組織の電界強度がｌ０ＫＶ／ｃ＋ｓ以上ＩＭＶ／
ｃ−以下であるパルス電圧を発生ケるパルス電圧発生手
段と、を自゛することを特徴としている。

［第１発明の実施例］図面に基づいて本発明の詳細な説明する。第１図は、本
第１発明の第１実施例を示す原理図である。図中、一点
鎖線は電気力線である。

生体の組織１０内には、癌細胞のような破壊目標となる
目標細胞Ｐが存在しており、電気メス１２がその先端を
目標細胞Ｐへ向けて組織ｌｏ内へ差し込まれる。他方、
電気メス１２に対向して、組織！０の表面には面電極■
４が押接される。

この電気メス１２は、針電極Ｉ６の先端部を除き、針電
極＋６の外周面が絶縁スリーブＩ８で被われた構成とな
っている。

針電極１６は、高導電性で酸化し難い金属、例えば白金
、ステンレス鋼等で形成し、または表面に金等を蒸着す
るのが好ましい。針電極１６の直径は、通常、０．０１
〜３．０＠ＩＩ程度である。また、絶縁スリーブ１８は
、例えばポリエチレンやテフロン（登録商標）等で形成
される。面電極■４は、アルミシートのようなフレキシ
ブルな導電材で形成するのが好ましい。

面電極１４と針電極Ｉ６は、パルス電圧発生器２０の出
力端子に接続されており、パルス電圧が繰り返し印加さ
れる。

ここで、印加電圧がパルス電圧であるので、電気分解を
抑制できる。また、充放電を繰り返してパルス電圧を作
成できるので、小型のパルス電圧発生器２０で高電圧を
発生させることができる。

この高電圧印加により、針電極１６の先端付近に局所的
な高電界部（ＩＯＫＶ／ｃ■以上ＩＭＶ／ｃｍ以丁にす
る。）が生じて、細胞膜の電界方向両端に高電位差が生
じる。しがも、パルス電圧の立上り時間は短く（ＩＯμ
ｓｅｃ以下にする。）、かつパルス幅も短いので、瞬間
的であるが比較的大きい電流を流すことができる。した
がって、針電極！６の先端部付近の目標細胞Ｐを局所的
に破壊することができる。

また、組織内に流れるパルス電流により、ジュール熱が
発生し、目標細胞Ｐが加熱されるので、特に熱に弱い目
標細胞Ｐに対してはより効果的に細胞を破壊できる。

コントローラ２２は、心拍検出器２４がら供給される心
拍信号により、心臓が最も収縮する電撃に弱い時期（受
攻期）を予測し、この時期を避けて間欠的にトリガ信号
をパルス電圧発生器２ｏへ供給する。パルス電圧発生器
２ｏは、このトリガ信号を受けて、高電圧パルスを出方
する。

この高電圧パルスにより針電極１６の先端部付近に生じ
る局所的な高電界部の電界強度は、ＩＫｖ／Ｃ１１程度
以上でないと細胞を破壊できないことが実験により見い
だされた。この電界強度は、破壊部位の大きさに応じて
Ｉ　Ｋ　Ｖ／ａｍ以上の適当な値になるようにする。し
かし、絶縁破壊が生じる値以下にしなければならない。

イオン交換水に２ｚのＮ　ａＣ１２を溶解した食塩水中
で、パルス電圧（立上り時間５０ｎｓｅｃ、立上がり後
直ちに指数関数的に減衰、時定数０．３〜１００μ５ｅ
ｃ）を印加したところ、電界強度が１ＭＶ／ｃｓ程度で
溶液の絶縁破壊が生じた。なお、生理的食塩水は濃度０
．８５％である。

したがって、この電界強度の上限はＩＭＶ／ｃｍ程度で
ある。

針電極１６の先端から流れる電流は拡散し、大部分が面
°眉極１４へ流れるが、一部が心臓にも流れる。心臓へ
流れる電流は、印加電圧のみならＣ１針電極１６と面電
極１４との間の距離や針電極１４の径などにより異なる
。この電流は、■００μ八以下にした方が望ましい。ま
た、人間の場合、１個のパルス電圧の印加による心室細
動は、２７ノユール以りのエネルギーで発生ずるという
研究例が報告されているので、本実施例装置を用いる場
合も、心臓に分流するエネルギーをこの値以ドにする。

次に、第２図に基づいて本１発明の第２実施例を説明す
る。

この電気メス＋２Ａは、針電極Ｊ６Ａが金属線２６と、
金属線２６の先端部に溶着された円錐状の高抵抗部材２
８とからなる。高抵抗部材２８は、例えばニクロムで形
成されており、パルス電流が流れると、高抵抗部材２８
が加熱される。したがって、この加熱によりパルス電圧
印加による細胞破壊効果が高められ、第！実施例の場合
よりも短時間でＩ］標細胞を破壊できる。本実施例は、
特に熱に弱い［」標細胞に対して効果的である。

（第２発明の実施例」次に、第３図に基づいて本２発明の第１実施例を説明す
る。図中、一点鎖線は電気力線である。

この電気メス１２Ｂは、第１図に示す絶縁スリーブ１８
の外周面が、絶縁スリーブ１８の先端部を除いて、円筒
電極３０により被われている。

したがって、第１図に示す面電極１４が不要になり、し
かもパルス電圧を電気メス１２Ｂの差し込み深さに応じ
て変更する必要もない。さらに、組織内に形成される電
場が局所的になり、不必要に電気的刺激範囲が広がるの
を押さえることがで八る。そのうえ、電極間距離が第１
図の場合よりら極めて短いので、パルス電圧発生器２０
の出力電圧は低くて足りる。

次に、第４図に基づいて本２発明の第２実施例を説明す
る。図中、一点鎖線は電気力線である。

この電気メス１２Ｃは、針電極１６Ｃが金属線２６と、
金属線２６の先端面に接着された絶縁部材３２とからな
る。したがって、組繊内の電気力線の大部分が金属線２
６から円筒電極３０へ向かい、金属線２６の先端から遠
（離れた位置へ流れる電流値が小さくなる。よって、心
室細動発生等の危険をより小さくすることができる。

また、第３図に示す円筒電極３０の外周面が、円筒電極
３０の先端部を除いて、絶縁スリーブ３４で被われてい
る。したがって、電流が流れる範囲をより限定でき、不
必要に電気的刺激範囲が広がるのを押さえることができ
る。

）実験例１］１１図において、次のような条件で実験を行った。

組＆ｉｌＯ：　　３０ｓ園厚の牛の筋肉針電極Ｉ６：　
直径０．３−一組織１０内への差し込み深さ＋５＋ｓｓ絶縁スリーブ１
８：外径１．２■− ポリエチレン製面電極１４：円板状で直径３０ｃｍパルス電圧発生器２０：パルスのＪ上り時間＋００ｎｓｅｃパルスの波高値＋２ＫＶパルス幅ｌμｓｅｃ周波数２５Ｈｚ印加時間　Ｉθ秒実験の結果、針電極１６の先端から長さ２■、直径３■
の範囲の細胞が破壊され、タンパク質が変質していた。

また、パルス電圧印加１１りと終で直後に、針電極１６
の先端と面電極１４との間の中点の温度を熱電対で測定
したところ、に昇温度は１０＠　Ｃであった。

し実験例２コ組織ｌＯの代わりに、イースト菌を内部に入れた寒天を
サンプルとして用いた。このサンプルは、厚さ３０１１
園％直径５０＠露である。他の条件は上記実験例１と同
一である。

パルス電圧をパルス電圧発生Ｗ２０秒間印加したところ
、針電極１６の先端から長さ３−一、直径４−一の範囲
のイースト菌が破壊されていた。

［実験例３］また、イースト菌を１％Ｎ　ａＣＱ溶液に浮遊させて、
間隔組織１０ｍｍの平行平板電極間に入れ、上記パルス
電圧を１０秒間印加したところ、イースト菌の生存率は
１０％であった。また、パルス電圧印加による溶液の上
昇温度は約３０°Ｃであった。したがって、この実験例
では、熱による破壊は無視できる。

パルス電ハ、の電界強度を１０ＫＶ／ｃｍ以１・にｄ゛
ろと、イースト閑の＠壊率が急激に低トした。。

１発明の効果［本第１発明に係る電気的細胞破壊装置では、針、［；極
の先端部を除いて、該針電極の外周而が絶縁、１≦材で
被覆されており、この針電極を組織内にズし込み、１亥
針電極に対向して、該組織のに而に面電極を押接し、両
市極間に、ヅ］、り時間が１０μＳ（・Ｃ以トであり、
かつ、該針電極先端付近の細胞組織の電界強度がｌ　Ｏ
Ｋ　Ｖ／ａｓ以１１　ＭＶ／ｃｎ＋以ドであるパルス電
１１．を印加４゛るよ一ンにな−、ており、針１ｈ極５
’Ｌ；端付近の細胞を破壊することができるので、組織
を切開４゛るごとなく組織内部の細胞を、ｊ２か６局所
的に破壊することができ、その−）え、装置を小型化で
きろという優れた効果がある。

また本第２発明に係る電気的細胞破壊装置では、該絶縁
部材の先端部を除いて、該絶縁１１＜材の外周而か面電
極で被覆されており、ボｊ記効果に加え、而、１１極を
組織に押接する必要がなく、操作が簡１’ｔであると０
う優れた効果がある。

パルス電圧の電界強度を１０ＫＶ／ｃｍ以Ｆにすると、
イースト菌の破壊率が急激に低下した。

「発明の効果ｊ本第１発明に係る電気的細胞破壊装置では、針電極の先
端部を除いて、該針電極の外周面が絶縁部材で披復され
ており、この針電極を組織内に差し込み、該針電極に対
向して、譲組織の表面に面電極を押接し、両電極間に、
Ｊ上り時間が１０μＳｅｅ以下であり、かつ、該針゛心
極先端付近の細胞組繊の電界強度がＩ　ＯＫ　Ｖ／ｃ−
以にＩＭＶ／ｃｍ以ドであるパルス電ＩＬを印加するよ
うになっており、針電極先端付近の細胞を破壊すること
ができるので、組織を切開することなく組織内部の細胞
を、しから局所的に破壊することができ、そのうえ、装
置を小型化できろという優れた効果がある。

また本第２発明に係る電気的細胞破壊装置では、該絶縁
部材の先端部を除いて、該絶縁部材の外周而が面電極で
被覆されており、前記効果に加え、面電極を組織に押接
する必要がなく、操作が簡単であるという優れた効果が
ある。

しかも、針電極の差し込み深さに応じてパルス電圧を変
更する必要がないという優れた効果らある。

さらに、組織内に形成される電場が局所的になり、不必
要に電気的刺激範囲が広がるのを押さえろことができる
とと６に、第１発明よりもパルス電圧を一般に低くする
ことができるという優れｌこ効果らある。

【図面の簡単な説明】第１図及び第２図は本第１発明の実施例に係り、第１図
は第１実施例の電気的細胞破壊装置の原理図、第２図は
第２実施例の電気メスの１事分断面図である。第３図及
び第４図は本第２発明の実施例に係り、第３図は第１実
施例の電気的細胞破壊装置の原理図、第４図は第２実施
例の電気メスの部分断面図である。１０：組織１２．１２Ａ〜１２Ｃ・電気メス１４　而電極１６、＋６Ａ、＋６ｃ　　針電極１８．３４　絶縁スリーブ２６・金属線２８・尚抵抗部材３０：円筒電極３２、絶縁部材出願人　ＩＪ本分光り業株式会社代理人　　弁理士　松　本　眞　古第１図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）組織内に差し込まれる針電極と、該針電極の先端部を除いて、該針電極の外周面を被覆す
る絶縁部材と、該針電極に対向して、該組織の表面に押接される面電極
と、出力端子が該針電極と該面電極に接続され、立上り時間
が１０μｓｅｃ以下であり、かつ、該針電極先端付近の
細胞組織の電界強度が１０ＫＶ／ｃｍ以上１ＭＶ／ｃｍ
以下であるパルス電圧を発生するパルス電圧発生手段と
、を有することを特徴とする電気的細胞破壊装置。
（２）組織内に差し込まれる針電極と、該針電極の先端部を除いて、該針電極の外周面を被覆す
る絶縁部材と、該絶縁部材の先端部を除いて、該絶縁部材の外周面を被
覆する筒電極と、出力端子が該針電極と該筒電極に接続され、立上り時間
が１０μｓｅｃ以下であり、かつ、該針電極先端部付近
の細胞組織の電界強度が１０ＫＶ／ｃｍ以上１ＭＶ／ｃ
ｍ以下であるパルス電圧を発生するパルス電圧発生手段
と、を有することを特徴とする電気的細胞破壊装置。