JPWO2010090287A1 - Tumor tissue cell death inducer for tumor treatment - Google Patents
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Abstract
腫瘍患者、特に悪性腫瘍患者に対し極めて低侵襲であり、如何なる人種であっても熱感、火傷、疼痛、重篤な副作用のような有害事象を発現させる可能性が極めて低く、正常細胞の損傷を最小限に防ぎ、皮膚のみならず皮膚よりも深部の腫瘍細胞や腫瘍病巣のような悪性腫瘍組織の増殖期にある腫瘍細胞を自然死に至らせることができ、安全であって高い治療効果を示すことができる簡易な腫瘍治療装置を提供する。腫瘍治療装置1は、近赤外線出射源15からの出射光線の内の1400〜1500nmの波長を吸収、反射又は散乱させて近赤外線を透過させるフィルタ16aが、前記近赤外線出射源15と前記近赤外線で照射される生体2の腫瘍組織3との経路途中に、配置されている。It is extremely minimally invasive to tumor patients, especially malignant tumor patients, and is extremely unlikely to cause adverse events such as heat, burns, pain, or serious side effects in any race. It is safe and highly effective in preventing damage and minimizing not only the skin, but also the tumor cells deeper than the skin and malignant tumor tissues such as tumor foci, which are in the growth phase, can spontaneously die. A simple tumor treatment apparatus capable of indicating In the tumor treatment apparatus 1, the filter 16 a that absorbs, reflects, or scatters the wavelength of 1400 to 1500 nm of the emitted light from the near-infrared ray emission source 15 and transmits the near-infrared ray, the near-infrared ray emission source 15 and the near-infrared ray. It is arrange | positioned in the middle of the path | route with the tumor tissue 3 of the biological body 2 irradiated by (1).
Description
本発明は、ヒト、又は非ヒト動物の腫瘍組織、特に悪性腫瘍病巣へ、近赤外線を照射して、その腫瘍を治療する目的で用いられる装置に関するものである。 The present invention relates to a device used for treating a tumor by irradiating a tumor tissue of a human or non-human animal, particularly a malignant tumor lesion, with near infrared rays.
日本人に最も多い死因は、癌、肉腫等の悪性腫瘍である。この悪性腫瘍は世界的にも高死亡率の病因であり、それの治療の目的で、その病巣を摘出する手術療法、その病巣へのX線・電子線・γ線照射のような放射線療法、抗癌剤投与による化学療法、赤外線照射による温熱療法など種々の治療法が、単独、又は併用して施される。 The most common cause of death among Japanese is malignant tumors such as cancer and sarcoma. This malignant tumor is a cause of high mortality worldwide, and for the purpose of its treatment, surgical treatment to remove the lesion, radiation therapy such as X-ray, electron beam, γ-ray irradiation to the lesion, Various treatment methods such as chemotherapy by administration of an anticancer agent and thermotherapy by infrared irradiation are administered alone or in combination.
これら治療法は夫々、患者への適応を見極めながら適宜施術されており一定の治療効果を奏する反面、しばしば患者に重篤な副作用を発現させたり過大な負担をかけたりする。例えば手術治療によれば、患者に、免疫力の低下、腫瘍の再発、別な疾病の罹患などを招いて身体的負担を与えるばかりか、精神的負担、人的負担、経済的負担、社会的負担などの様々な負担を強いることがある。このような負担は、放射線療法、化学療法、温熱療法など他の治療法においても同様に生じ得るものである。 Each of these treatment methods is appropriately performed while observing adaptation to the patient, and produces a certain therapeutic effect. On the other hand, it often causes a serious side effect or an excessive burden on the patient. For example, surgical treatment not only inflicts physical burden on patients due to decreased immunity, tumor recurrence, morbidity of other diseases, mental burden, human burden, economic burden, social Various burdens such as burdens may be imposed. Such a burden can also occur in other treatment methods such as radiation therapy, chemotherapy, and hyperthermia.
これらの治療法の中でも温熱療法は、手術療法、化学療法、放射線療法に比べて比較的低侵襲であり、重篤な副作用の発現が少ないとされているが、治療対象となる悪性腫瘍が限られること、大規模で高額の設備や施設を要すること、長時間遠赤外線により加温するので患者の負担が大きいことなど、克服すべき課題が、多く残されている。 Among these therapies, hyperthermia is relatively less invasive than surgery, chemotherapy, and radiotherapy, and it is said that there are few serious side effects, but the malignant tumors to be treated are limited. There are still many problems to be overcome, such as large-scale and expensive equipment and facilities, and the burden on patients because they are heated by far infrared rays for a long time.
このような温熱療法に汎用される市販の赤外線照射装置の多くは、一体化している赤外線放射源から主に遠赤外線を出射すると謳われているが実際には近赤外線も相当出射している。一般に近赤外線は、遠赤外線よりもエネルギーが大きく、また表層で吸収されるため、患者の生体深部への浸透性が低いものである。その所為で、市販の赤外線照射装置で患者の生体深部の病巣を部位特異的に十分に加熱するには、遠赤外線を長時間照射したり、強い出力を要したりする。さらに長時間、近赤外線を多く含む赤外線に曝露させなければならない結果、患者の体表表面に照射されるエネルギー総量が多量となり、患者が熱感、火傷、疼痛、脱水、倦怠感などの有害事象を被ってしまうことがある。また、これらの有害事象を低減したり回避したりするために、波長を制御したり出力を低減したりすると、十分な治療効果が得られない可能性がある。 Many of the commercially available infrared irradiation devices that are widely used for such thermotherapy are said to emit far infrared rays mainly from an integrated infrared radiation source, but actually the near infrared rays are also emitted considerably. In general, near infrared rays have higher energy than far infrared rays and are absorbed by the surface layer, and therefore have low permeability to the deep part of a patient's living body. For that reason, in order to sufficiently heat a lesion in the deep part of a living body of a patient with a commercially available infrared irradiation device, far infrared rays are irradiated for a long time or a strong output is required. As a result of having to be exposed to infrared rays containing a lot of near infrared rays for a long time, the total amount of energy irradiated on the surface of the patient's body becomes large, causing adverse events such as heat, burns, pain, dehydration, and fatigue May suffer. Further, if the wavelength is controlled or the output is reduced in order to reduce or avoid these adverse events, a sufficient therapeutic effect may not be obtained.
また、特許文献1には、904nmの近赤外線を照射して癌の治療に使用するレーザー治療装置が、開示されている。このような904nm付近の近赤外線は、皮膚表層で有色を示すメラニンに極めて高率で吸収されるため、メラニンの比較的少ない白色人種と言えども色素沈着した有色部位皮膚への照射に適さず、ましてメラニンの多い有色人種の皮膚への照射は熱傷など有害事象を生じる可能性が高く、なおさら適さない。しかもその波長付近の近赤外線は、皮膚表層のメラニンで速やかに吸収されてしまうこと、波長が短く深部に届かないことから、表皮など極表層にしか作用できない。さらに、照射すべき部位が有色部位である患者、とりわけ有色人種の患者に強い疼痛を発現させてしまう。その所為で、低出力でしか照射できず、劇的な腫瘍治療効果が期待できないばかりか、皮膚の有色部位での熱傷など不可避の有害事象から免れ得ない。
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、腫瘍患者、特に悪性腫瘍患者に対し極めて低侵襲であり、如何なる人種であっても熱感、火傷、疼痛、重篤な副作用のような有害事象を発現させる可能性が極めて低く、正常細胞の損傷を最小限に防ぎ、皮膚のみならず皮膚よりも深部の腫瘍細胞や、腫瘍病巣のような悪性腫瘍組織の増殖期にある腫瘍細胞を自然死に至らせることができ、安全であって高い治療効果を示すことができる簡易な腫瘍治療装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and is extremely minimally invasive to tumor patients, particularly malignant tumor patients, and is free of heat, burns, pain and serious side effects in any race. Such as tumor cells not only in the skin but also deeper than the skin, and in the growth phase of malignant tumor tissues such as tumor foci. An object of the present invention is to provide a simple tumor treatment apparatus that can cause cells to spontaneously die, is safe and can exhibit a high therapeutic effect.
前記の目的を達成するためになされた特許請求の範囲の請求項1に記載の腫瘍治療装置は、近赤外線出射源からの出射光線の内の1400〜1500nmの波長を吸収、反射又は散乱させて近赤外線を透過させるフィルタが、前記近赤外線出射源と前記近赤外線で照射される生体の腫瘍組織との経路途中に、配置されていることを特徴とする。
The tumor treatment device according to
請求項2に記載の腫瘍治療装置は、請求項1に記載されたもので、前記フィルタが、水層を有していることを特徴とする。
The tumor treatment device according to
請求項3に記載の腫瘍治療装置は、請求項1に記載されたもので、前記近赤外線の波長域が、1000〜1800nmであることを特徴とする。 A tumor treatment device according to a third aspect is the one described in the first aspect, wherein the near infrared wavelength range is 1000 to 1800 nm.
請求項4に記載の腫瘍治療装置は、請求項1に記載されたもので、前記出射光線であるレーザー光を出射するレーザーダイオード、又は前記出射光線を出射する発光ダイオード、タングステンランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、カーボンヒータ若しくはセラミックスヒータであることを特徴とする。
The tumor treatment device according to claim 4 is the one described in
請求項5に記載の腫瘍治療装置は、請求項1に記載されたもので、前記近赤外線出射源が、前記出射光線をパルス出射させる発振回路若しくは連続出射させる出射回路、その出射光線の単回ショット若しくは複数回ショットを出射させるタイマー、その出射の開始と停止とをさせるスイッチ回路、及び/又は前記近赤外線出射源の出力を増幅させる増幅回路に、接続されていることを特徴とする。
The tumor treatment apparatus according to claim 5 is the tumor treatment apparatus according to
請求項6に記載の腫瘍治療装置は、請求項1に記載されたもので、前記近赤外線出射源と前記フィルタとの対を、一対又は複数対、有することを特徴とする。 A tumor treatment apparatus according to a sixth aspect is the one described in the first aspect, characterized in that the tumor treatment apparatus includes a pair or a plurality of pairs of the near-infrared ray emission source and the filter.
請求項7に記載の腫瘍治療装置は、請求項6に記載されたもので、前記近赤外線出射源と前記フィルタとの対が、単数又は複数のハンドピースの各先端部に取付けられていることを特徴とする。
The tumor treatment device according to
請求項8に記載の腫瘍治療装置は、請求項7に記載されたもので、前記経路途中で前記フィルタの先方に、前記生体へ接触するサファイアガラス冷却窓が、前記ハンドピースの表面に露出して取付けられていることを特徴とする。 The tumor treatment apparatus according to an eighth aspect is the one according to the seventh aspect, wherein a sapphire glass cooling window that contacts the living body is exposed on the surface of the handpiece in the middle of the path. It is characterized by being installed.
請求項9に記載の腫瘍治療装置は、請求項1に記載されたもので、ヒト又は非ヒト動物の体内へ挿入されるカテーテルの尖端の内空に挿入された前記近赤外線出射源を、前記フィルタが蔽っていることを特徴とする。
The tumor treatment device according to claim 9 is the tumor treatment device according to
請求項10に記載の腫瘍治療装置は、請求項1に記載されたもので、前記生体の腫瘍組織が、ヒト又は非ヒト動物の悪性腫瘍及び/又は良性腫瘍であることを特徴とする。 A tumor treatment device according to a tenth aspect is the one described in the first aspect, wherein the tumor tissue of the living body is a malignant tumor and / or a benign tumor of a human or non-human animal.
本発明の腫瘍治療装置は、極めて低侵襲で、その他の治療法の実施の有無に関わらず、さらにそれらの影響を受けずに、良性又は悪性の腫瘍、特に癌、肉腫等の悪性腫瘍の治療に用いられるものである。この腫瘍治療装置は、如何なる人種であっても、また皮膚に有色部位を有していても、激しい熱感、火傷、疼痛、重篤な副作用のような有害事象を発現させる可能性が極めて低く、正常細胞の損傷を最小限に防ぎ、皮膚よりも深部の腫瘍細胞や腫瘍病巣のような悪性腫瘍組織の増殖期にある腫瘍細胞を自然死に至らせて、悪性腫瘍を治療することができるものである。 The tumor treatment apparatus of the present invention is extremely minimally invasive and can treat benign or malignant tumors, particularly malignant tumors such as cancer and sarcoma, regardless of whether or not other treatments are performed. It is used for. This tumor treatment device has the potential to cause adverse events such as intense heat, burns, pain, and serious side effects, regardless of race or color. Low, can prevent normal cell damage to a minimum and treat malignant tumors by causing natural death of tumor cells deeper than the skin and malignant tumor tissues such as tumor foci Is.
この腫瘍治療装置は、簡易な構造であって持ち運び自在な小型のものであり、煩雑な操作を経ずに腫瘍を簡便に治療することができるというものである。 This tumor treatment apparatus has a simple structure and is small and portable, and can easily treat a tumor without complicated operations.
近赤外線は、遠赤外線に比べ波長が短い所為で生体の深層組織に到達し難く、皮膚表層で吸収されて熱傷などの有害事象を生じさせ易い。それにも係わらず、この腫瘍治療装置によれば、そのような問題を生じない。特に、ハンドピースの先端にサファイアガラス冷却窓を設けることによって、皮膚表層を直接冷却することができるので、高出力で照射しても、熱感、疼痛、熱傷などの有害事象を最小限に抑えることができる。さらに皮膚表層を冷却することで、皮膚表層での水分子の分子運動を抑制し近赤外線の吸収を最小限に抑えて、表層組織の温度を過度に上昇させることなく、近赤外線を生体の深層の腫瘍組織に効率よく到達させることができる。 Near-infrared rays have a shorter wavelength than far-infrared rays, so that they do not easily reach the deep tissue of the living body and are easily absorbed by the skin surface layer to cause adverse events such as burns. Nevertheless, such a tumor treatment apparatus does not cause such a problem. In particular, by providing a sapphire glass cooling window at the tip of the handpiece, the skin surface layer can be directly cooled, minimizing adverse events such as heat, pain, and burns even when irradiated with high power. be able to. Furthermore, by cooling the skin surface layer, the molecular movement of water molecules on the skin surface layer is suppressed, absorption of near-infrared light is minimized, and near-infrared light is transmitted deep into the living body without excessively raising the temperature of the surface tissue. It is possible to efficiently reach the tumor tissue.
この腫瘍治療装置により、高出力の近赤外線で同一部位を複数回、照射したとしても、激しい熱感、発赤、疼痛、腫脹、熱傷を生じる可能性は極めて僅かである。特に、腫瘍組織を自然死に至らせる程度の温和な照射条件であれば、有害事象は勿論、痛みすら認めたとしてもわずかである。従って、短期間に複数回照射して、悪性腫瘍細胞の増殖を劇的に減少させたり、悪性腫瘍細胞を死滅させたりして、悪性腫瘍を治療することが可能となる。 Even if the same site is irradiated with the high-power near-infrared ray several times by this tumor treatment apparatus, there is very little possibility of causing intense heat sensation, redness, pain, swelling and burns. In particular, if the irradiation conditions are mild enough to cause natural death of the tumor tissue, there are few adverse events and even pain. Therefore, it is possible to treat a malignant tumor by irradiating a plurality of times in a short time to dramatically reduce the proliferation of malignant tumor cells or kill the malignant tumor cells.
この腫瘍装置によれば、ハンドピースを介して皮膚へ直接近赤外線を照射して皮膚やその内部の腫瘍組織へ効率的に近赤外線を到達させたり、カテーテルを介して皮膚より深部の体内組織へ直接近赤外線を照射してそこの腫瘍組織へ効率的に近赤外線を到達させたりすることが可能である。 According to this tumor device, the near-infrared ray is irradiated directly to the skin through the handpiece to efficiently reach the near-infrared ray to the skin and the tumor tissue inside the skin, or to the internal tissue deeper than the skin through the catheter. It is possible to irradiate near infrared rays directly and to make the near infrared rays reach the tumor tissue efficiently.
また、この腫瘍治療装置によれば、悪性腫瘍組織へ近赤外照射して治療した後に再発した悪性腫瘍に対しても、近赤外照射を再開すれば、熱耐性を惹き起こすことなく、再度、悪性腫瘍細胞の増殖を劇的に減少させることが可能である。 In addition, according to this tumor treatment apparatus, even if the near-infrared irradiation is resumed for a malignant tumor that has recurred after being irradiated with near-infrared irradiation to a malignant tumor tissue, the heat resistance is not caused again. It is possible to dramatically reduce the proliferation of malignant tumor cells.
この腫瘍治療装置によれば、有害事象を生じる可能性が低いため、患者にとって身体的負担が軽減されるばかりか、特殊な設備や施設を必要とせず簡易に治療できるため医療費削減に資する。 According to this tumor treatment apparatus, since there is a low possibility of causing an adverse event, not only the physical burden on the patient is reduced, but also it can be easily treated without requiring special equipment or facilities, which contributes to a reduction in medical costs.
1は腫瘍治療装置、2は生体、3は腫瘍組織、11は発振回路、12はタイマー、13は変調回路、14はスイッチ回路、15は近赤外線出射源、16a・16bはフィルタ、17はレンズ、18はサファイアガラス冷却窓、19a・19bはクーラー、20は近赤外線、21はクーラー制御回路、22は反射板、23は間隙、24は二重管、30はハンドピース、31はハウジング、32はスイッチ、40は制御器本体である。 1 is a tumor treatment device, 2 is a living body, 3 is a tumor tissue, 11 is an oscillation circuit, 12 is a timer, 13 is a modulation circuit, 14 is a switch circuit, 15 is a near infrared emission source, 16a and 16b are filters, and 17 is a lens. , 18 is a sapphire glass cooling window, 19a and 19b are coolers, 20 is near infrared, 21 is a cooler control circuit, 22 is a reflector, 23 is a gap, 24 is a double tube, 30 is a handpiece, 31 is a housing, 32 Is a switch, and 40 is a controller body.
以下、本発明を実施するための好ましい形態の例を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの形態に限定されるものではない。 Hereinafter, examples of preferable modes for carrying out the present invention will be described in detail, but the scope of the present invention is not limited to these modes.
本発明の腫瘍治療装置1について、実施の一形態を示す図1を参照しながら説明する。腫瘍治療装置1は、近赤外線のみを選択的に生体2の腫瘍組織3へ到達させるためのものである。
A
この腫瘍治療装置1は、近赤外線出射源15であるAlGaAs(アルミニウム・ガリウム・ヒ素)系やGaAs系のレーザーダイオードと、そこから出射する近赤外線を含む出射光線であるレーザー光の出射方向に、1400〜1500nmの波長及び1800nmを超える波長を吸収してその範囲の波長の透過を低減させる第一のフィルタ16a、及び1000nm未満の波長、好ましくは1100nm未満の波長を遮蔽してその範囲外の波長のみを透過させる第二のフィルタ16bとを、有している。レーザー光の出射方向でフィルタ16bの先方に、レンズ17と、生体2へ接触する近赤外線透過性のサファイアガラス冷却窓18とが、配置されている。レーザーダイオード15に隣接しつつ対峙している第一のフィルタ16aと、サファイアガラス冷却窓18とに、夫々、クーラー19a・19bが取付けられている。
This
第一のフィルタ16aは、水層を有するものであって、例えば石英やガラス等のセルに水が充填されたものであり、水に1400〜1500nmの波長と1800nmを超える波長好ましくは1700nmを超える波長とが吸収されることによって、その波長の透過を低減させるものである。その水層は、蒸留水、イオン交換水、水道水であってもよく、無機塩や有機塩のような電解質、糖のような非電解質例えば生理食塩水やリンゲル液、メタノールやエタノールのようなモノアルコール、エチレングリコールのようなポリオールである添加物の単数又は複数を溶解した水溶液であってもよい。そのレーザー光が通過するフィルタ16a中の水層の厚さが厚過ぎると、レーザー光20を照射したときに腫瘍組織3での加熱が小さくなってしまい、一方、その厚さが薄過ぎると、レーザー光20を照射したとき、生体の表層にレーザー光20が吸収されて、生体が過熱され、火傷を負ったり熱感・疼痛を感じたりしてしまう。その厚さは、近赤外線出射源の出力強度にもよるが、0.5mm〜2.0mm程度であることが好ましい。
The
第二のフィルタ16bは、例えば1100nm未満の波長をガラス中に分散した光吸収物質により吸収し、一方、1100nm以上の波長を生体2側へ透過させるものである。フィルタ16bは、例えば市販されている近赤外線フィルタであってもよく、それと紫外線フィルタとを組合わせた複合フィルタであってもよい。近赤外線フィルタは、より具体的には、誘電体膜コーティングフィルタ、光学ガラスフィルタ、樹脂製フィルタが挙げられる。誘電体膜コーティングフィルタは、屈折率の異なる金属酸化物や金属フッ化物を交互に複数層積層したものであり、透明薄膜による光の干渉を利用して1100nm未満の近赤外線波長領域の光を選択的に遮蔽するもので、例えば蒸着TiO2のような高屈折率層と蒸着SiO2のような低屈折率層との相互積層膜のような誘電体多層膜がガラス基板のような透明基板に付された誘電体多層膜コーティングフィルタが挙げられる。光学ガラスフィルタは、主成分P2O5とCuOとに0.5%以下のV2O5や金属フッ化物を含有するCuO−弗燐酸塩系ガラス、樹脂製フィルタは、ジイモニウム系色素のような近赤外線吸収色素を50%以下含有する樹脂フィルムが挙げられる。1100nm未満の波長を遮断するものであれば、遮断波長の異なる複数の紫外線遮蔽フィルタ・赤外線遮蔽フィルタや、フィルタ赤外線透過フィルタ・コールドフィルタを組合わせて用いてもよい。照射される近赤外線の波長域が1000〜1800nmであることが好ましく、1000〜1700nm又は1100〜1800nmであるとなお一層好ましい。For example, the
作業者が持つハンドピース30のハウジング内に、順に並んで配置されたレーザーダイオード15、フィルタ16a・16b、及びレンズ17と、それに沿って配置されたクーラー19a・19bとが、内蔵されている。そのハンドピース30の先端表面にサファイアガラス冷却窓18が取付けられて、生体2と接触できるように、露出している。
A
クーラー19a・19bは、水冷クーラー、空冷クーラー、整流器若しくはサイリスタ変換器を用いた熱交換冷却器、熱電変換素子のようなものであり、第一のフィルタ16aやサファイアガラス冷却窓18に蓄積した熱を放出するものである。
The
レーザー光をパルス出射させるために発振回路11が、変調回路13に接続され、さらに接続コードを介してハンドピース30内のレーザーダイオード15に、接続されている。レーザー光を所定時間続けて出射させるタイマー12と、その出射を単回又は複数回繰り返して出射させるスイッチ回路14とが、変調回路13に接続されている。また、ハンドピース30内のクーラー19a・19bに、クーラー制御回路21が接続されている。これら回路11・13・14・21やタイマー12が、腫瘍治療装置1の制御器本体40のハウジング内に、内蔵されている。
An
レーザーダイオード15の背面側に近赤外線反射板(不図示)が設けられていてもよい。レーザーダイオード15に代えて、AlGaAs系やGaAs系の発光ダイオードを用いてもよい。
A near-infrared reflector (not shown) may be provided on the back side of the
腫瘍治療装置1は、以下のようにして使用される。
The
1回の照射治療毎に、発振回路11からの発振をタイマー12により、変調回路13で例えば0.5〜100ミリ秒のパルス幅で0.5〜100ミリ秒間隔の近赤外線のパルス出射となるように変調し、及び/又はスイッチ回路14で1ショット当り0.1〜10秒間連続の単回ショット又は2〜20回の複数回ショットとなるように変調し、それに応じて、増幅回路(不図示)を介して、所望の5〜65J/cm2好ましくは5〜56J/cm2の出射出力となるような電圧を、レーザーダイオード15に印加する。この照射治療は、毎日あるいは一定期間の間隔をおいて、繰り返し施術される。For each irradiation treatment, the oscillation from the
すると、フラッシュランプとなるレーザーダイオード15からは、広範な波長の近赤外線を含むレーザー光がパルス出射される。不必要な波長域のものはフィルタ16a・16bで低減又は遮蔽される。即ち、その近赤外線は第一のフィルタ16aに至り、フィルタ16a内の水層に、1400〜1500nmの波長が一部分吸収される結果その波長の透過が低減され、また1800nmを超える波長が殆んど吸収される結果その波長の透過が遮断される。このとき第一のフィルタ16aは、クーラー制御回路21からの指示信号に従って駆動するクーラー19aによって冷却される結果、近赤外線の吸収によって水温上昇する第一のフィルタ16a内の水層も同時に冷却される。さらにレーザー光は、第二のフィルタ16bに至り、1100nm未満の波長が殆んど吸収される結果その波長の透過が殆んど遮断される。レーザー光は必要に応じてレンズ17で集束され、サファイアガラス冷却窓18を経て、照射すべき所望の波長を有する近赤外線20となって、外界へ出射される。
Then, laser light including near infrared rays having a wide range of wavelengths is pulsed from the
ハンドピース30先端のサファイアガラス冷却窓18を、治療すべき生体2の腫瘍組織3へ向けて、生体2の皮膚へ接触させる。すると、近赤外線20は、生体2内の皮膚の表皮・真皮を経て、腫瘍組織3へ到達する。このとき、近赤外線20により、皮膚の水分が加熱されるが、表皮がサファイアガラス冷却窓18と接触していることにより、表皮・真皮の熱が、熱伝導率の高い冷却窓18のサファイアへ伝導する。サファイアガラス冷却窓18は、クーラー制御回路21からの指示信号に従って駆動するクーラー19bによって、例えば20℃の一定温度に、冷却される結果、熱感、火傷、疼痛などの有害事象を生じないように、常に表皮・真皮を冷却している。
The sapphire
近赤外線20は、この冷却窓18により、熱感、火傷、疼痛などの有害事象を生じることなく、さらに表面で吸収されることなく安全に、腫瘍組織3に到達し、腫瘍細胞を破壊する。健常組織においては、この近赤外線20がタンパクなどの熱変性を生じさせることがなく、豊富な血流で過度の温度上昇から保護されている。一方、腫瘍細胞や腫瘍病巣のような悪性腫瘍組織3の増殖期の細胞は、近赤外線20に対する感受性が高いため、近赤外線20のエネルギーがより悪性腫瘍組織3に吸収される。その結果、悪性腫瘍組織3の自然死を誘導し、腫瘍治療を行うことができる。
The near-
図2に、腫瘍治療装置1の別な態様を示す。近赤外線出射源15は、1100〜1800nmの近赤外線を包含する赤外線であれば紫外線や可視光までの波長域を出射するものであってもよいので、図2に示すように、前記のレーザーダイオードに代えて、近赤外線を出射するランプ、例えばタングステンをフィラメントにした白色電球であるタングステンランプ、ハロゲンを封入しておりタングステン線条を有する電球であるハロゲンランプ、キセノンガスを封入した放電灯であるキセノンランプであってもよい。近赤外線中の1400〜1500nmの波長を吸収する第一のフィルタ16aは、石英やガラスのような透明無機素材製、又はエポキシ樹脂やシリコーン樹脂のような透明樹脂製のセルの間隙23に水を通過させるものであってもよい。フィルタ16a・16bの順が、逆であってもよい。
FIG. 2 shows another aspect of the
図2の腫瘍治療装置1は以下のように動作する。フラッシュランプとなるタングステンランプ15から出射し又は反射板22で反射した広範な波長の出射光線が、パルス出射される。その光線が第一のフィルタ16aに至り、その一部がフィルタ16aのセルの間隙23の水に吸収されて、1400〜1500nmの波長の透過が低減され、1800nmを超える波長の透過が遮断される。クーラー制御回路21(図1参照)の指示信号に従ってポンプ(不図示)が駆動して間隙23の水が循環し、フィルタ16aが冷却される。さらに光線は、第二のフィルタ16bに至り、1100nm未満の波長の透過が殆んど遮断される。光線は、適宜レンズ17で集束され、サファイアガラス冷却窓18を経て、照射すべき所望の波長を有する近赤外線20となって、生体2内の腫瘍組織3へ出射される。
The
図3に、腫瘍治療装置1の別な態様を示す。図3に示すように、近赤外線出射源15は、前記のレーザーダイオードに代えて、近赤外線を含む熱線を出射するヒータ、例えば炭素繊維を発熱源とするカーボンヒータ、絶縁セラミックスを加熱して熱放射源としたり又は半導体セラミックスを発熱源としたりするセラミックヒータであってもよい。近赤外線中の1400〜1500nmの波長を吸収する第一のフィルタ16aは、これら棒状のヒータを挿入している石英製又はガラス製の透明内管とそれらを挿入している石英、ガラス、又はエポキシ樹脂やシリコーン樹脂のような樹脂製の外管とからなる二重管24、その内管・外管の間の間隙23を流れる水で、形成されているものであってもよい。ヒータ15は、熱線を連続出射させるために、発振回路や変調回路を有していなくてもよく、それに代えて増幅回路を有していてもよく、近赤外線20の出射方向に、近赤外線20をパルス出射できるようにシャッター(不図示)が設けられていてもよい。
FIG. 3 shows another aspect of the
図3の腫瘍治療装置1は以下のように動作する。タイマー12又はスイッチ回路14(図1参照)により増幅回路(不図示)を介して、所望の出射出力となるような電圧を、ヒータ15に印加する。ヒータ15から出射した熱線が、その周りを取り囲んでいる第一のフィルタ16aに至り、その一部がフィルタ16aの二重管24の間の間隙23の水に吸収されて、1400〜1500nmの波長の透過が低減され、1800nmを超える波長の透過が遮断される。クーラー制御回路21(図1参照)の指示信号に従ってポンプ(不図示)が駆動して間隙23の水が循環し、フィルタ16aと共にヒータ15が冷却される。フィルタ16aを透過した熱線は、直接に又は反射板22で反射されて第二のフィルタ16bに至り、1100nm未満の波長の透過が殆んど遮断される。熱線は、適宜レンズ17で集束され、サファイアガラス冷却窓18を経て、照射すべき所望の波長を有する近赤外線20となって、生体2内の腫瘍組織3へ照射される。
The
図4に、腫瘍治療装置1のハンドピース30の一態様を示す。図4に示すように、ハンドピース30のハウジング31内に、第一の管状フィルタ16a(図2参照)が内蔵されている。そのフィルタ16aの中に近赤外線出射源15が挿入されている。フィルタ16aと近赤外線出射源15との間を、水が循環している。ハウジング31に、照射のオンオフを制御するスイッチ32が設けられ、スイッチ回路14(図1参照)に接続されていてもよい。スイッチ32をオンモードにすると、近赤外線出射源15からのレーザー光が出射されサファイアガラス冷却窓18を経て、近赤外線20が照射される。オンオフ制御は、制御器本体40側で行われてもよい。
FIG. 4 shows one aspect of the
近赤外線出射源15とフィルタ16aとの対が、一対設けられている例を、図4に示したが、複数のハンドピース30に夫々一対ずつ設けられていてもよく、単数又は複数のハンドピース30に夫々複数対ずつ設けられていてもよい。
FIG. 4 shows an example in which a pair of the near-
腫瘍治療装置1は、皮膚へ近赤外線を照射して皮膚の深部の腫瘍組織に近赤外線を到達させるものの例を示したが、カテーテル尖端近傍の内空に挿入した近赤外線出射源とそれを覆ったフィルタとを有するものであってもよく、さらに内視鏡と組み合わせたものであってもよい。近赤外線出射源からの近赤外線を光ファイバでフィルタ近傍まで光伝導するものであってもよい。これにより、皮膚よりも相当に深部の臓器、例えば脳や内臓などへも照射が可能となる。
Although the
腫瘍治療装置1は、ショットのパルス幅とパルス間隔とが限定されるものではないが、変調回路で所望の一定なパルス幅で所望の一定のパルス間隔で複数回ショットするものであってもよく、パルス幅とパルス間隔とを途中で増減するものであってもよい。
The
腫瘍治療装置1は、サファイアガラス冷却窓18が水冷である例を示したが、空冷であってもよい。
Although the
腫瘍治療装置1は、ヒトの悪性腫瘍に用いられる例を示したが、ヒトの良性腫瘍に用いられてもよく、ペット等の非ヒト動物の悪性腫瘍・良性腫瘍に用いられてもよい。これら悪性腫瘍・良性腫瘍の腫瘍組織を摘出手術したときに摘出しきれなかった残存腫瘍組織やその周辺の正常組織に用いられてもよい。化学療法やX線照射療法などの他の療法と併用して用いられてもよい。
Although the example which is used for the human malignant tumor was shown, the
これらの腫瘍治療装置1によれば、腫瘍組織へ照射する近赤外線20の波長を1000〜1800nm、好ましくは1000〜1700nm又は1100〜1800nmに限定することができる。
According to these
1100nm未満、特に1000nm未満の波長のものは、波長が短い所為で生体中の表皮よりも深部の腫瘍組織に到達しにくいこと、さらにそれのエネルギーが高い所為で皮膚表面で吸収されてしまい皮膚表皮や真皮に熱傷などの有害事象を生じることから、照射されないようにしてある。また、1100nm未満、特に1000nm未満の波長のものは、皮膚表層のメラニンに極めて高率に吸収される所為で、メラニンを大量に有する有色人種の皮膚や、白色人種と言えども色素沈着、乳輪、乳頭、陰部などの有色部を有する皮膚へ照射すると強い疼痛や熱傷などの有害事象を併発することから、照射されないようにしてある。 Those having a wavelength of less than 1100 nm, particularly less than 1000 nm, are less likely to reach the tumor tissue deeper than the epidermis in the living body due to the short wavelength, and are absorbed by the skin surface due to the higher energy. It causes radiation and other adverse events in the dermis, so it is not irradiated. In addition, those having a wavelength of less than 1100 nm, particularly less than 1000 nm are absorbed at a very high rate by melanin on the surface of the skin, and pigmented skin having a large amount of melanin or even white race is pigmented. Irradiation to skin with colored parts such as areola, nipple, pubic area, etc. causes severe adverse events such as severe pain and burns, so it is not irradiated.
1800nmを超える波長のものは、生体中の表皮よりも深部の腫瘍組織まで到達させて腫瘍組織を加熱することができたとしても、そのエネルギー量が悪性腫瘍細胞の増殖を抑制し且つ悪性腫瘍を治療するのに、不充分なものであるから、照射されないようにしてある。 Even if the wavelength exceeding 1800 nm reaches the tumor tissue deeper than the epidermis in the living body to heat the tumor tissue, the amount of energy suppresses the growth of malignant tumor cells and suppresses the malignant tumor. Because it is insufficient to treat, it is not irradiated.
一方、1400〜1500nmの波長の近赤外線は、生体中のヘモグロビンと水とに極めて高率で吸収されてしまうものである。その所為でその波長の近赤外線を、ヘモグロビンの多い部位、例えば赤みのある皮膚部位、炎症部位、粘膜部位に、照射すると、それらの部位で特に吸収されるため、熱傷などの有害事象を惹き起こす。また、その波長の近赤外線を何処かの皮膚に、照射すると、そこの真皮の水分に高率に吸収されるため、強い疼痛を惹き起こす。そこで、その波長の近赤外線は、照射されないようにしてある。このように、近赤外線は、ヘモグロビン、水の多い部位ではその部位で高率に吸収されてしまうため、深部組織に到達させることが困難であった。 On the other hand, near infrared rays having a wavelength of 1400 to 1500 nm are absorbed at a very high rate by hemoglobin and water in the living body. For that reason, when near-infrared rays of that wavelength are irradiated to sites with a lot of hemoglobin, such as reddish skin, inflammation, and mucous membranes, they are absorbed particularly at those sites, causing adverse events such as burns. . In addition, when a near infrared ray of that wavelength is irradiated to some skin, it is absorbed at a high rate by the moisture of the dermis, causing strong pain. Therefore, the near infrared ray of that wavelength is not irradiated. As described above, near infrared rays are absorbed at a high rate at a portion where there is a large amount of hemoglobin and water, and thus it is difficult to reach the deep tissue.
以上のように、腫瘍治療装置1は、1400〜1500nmの波長の近赤外線を特殊フィルタでカットできるように設計されているため、ヘモグロビンやメラニンの多い部位にもその近赤外線の照射が可能となり、より疼痛を減弱させることが可能になり、有害事象を減少させること、さらに深部組織充分な近赤外線を到達させることが、可能になった。
As described above, since the
以下に、本発明を適用する腫瘍治療装置を用いた実施例について説明する。 Hereinafter, examples using a tumor treatment apparatus to which the present invention is applied will be described.
腫瘍治療装置で、in vitroの腫瘍細胞に近赤外線を照射したときの腫瘍細胞の増殖抑制について、測定した。具体的方法は、以下の通りである。 The tumor treatment apparatus was used to measure the growth inhibition of tumor cells when near-infrared rays were irradiated to the in vitro tumor cells. A specific method is as follows.
(実施例1)
腫瘍組織として、ラットのメラノーマB16F0、ヒトの胃がん細胞NUGC4、ヒトの乳がん細胞MCF7、ヒトの子宮がん細胞Helaの夫々の腫瘍細胞を用いた。これらを、培養皿のウェル内の市販の培地中で、5%CO2を含む加湿された37℃の培養装置内で、5×103個/1ウェルに、培養した。波長域1400〜1500nmを低減させた波長域1000〜1800nmの近赤外線を腫瘍細胞へ照射するための腫瘍治療装置として、図1、3及び4に記載されたもので、形成外科・皮膚科で若返り治療に使用されているタイタン(キュテラ社製;商品名)を用いた。各腫瘍細胞へ、この腫瘍治療装置により、近赤外線を照射した。照射条件は、20J/cm2又は40J/cm2の出力強度で、20J/cm2のとき2.3秒、40J/cm2のとき4.17秒のシングルパルスを1ショットとし3回、10回又は20回繰返す複数回ショットの照射をした。なお、この治療装置による20J/cm2の強度は、その冷却器のため健常人が皮膚に照射されても何ら感じない程度の出力であり、40J/cm2の強度は、健常人が皮膚に照射されたら僅かに温かく感じるか、個体によって一瞬だけ僅かに熱く感じる程度の出力である。さらに過度の温度上昇を防ぎ、その過度の温度に基づく蓄積熱による腫瘍細胞損傷の可能性を排除するため、1ショット毎に、各ウェルの培地の底の温度を測定し、培地温度が37℃に戻るまで待って、次のショットを施行した。Example 1
As tumor tissues, rat melanoma B16F0, human gastric cancer cell NUGC4, human breast cancer cell MCF7, and human uterine cancer cell Hela were used. These were cultured at 5 × 10 3 cells / well in a humidified 37 ° C. incubator containing 5% CO 2 in a commercial medium in the wells of the culture dish. As a tumor treatment device for irradiating tumor cells with near-infrared rays in the wavelength range 1000-1800 nm with the wavelength range 1400-1500 nm reduced, it is rejuvenated in plastic surgery and dermatology. Titan (trade name, manufactured by Kütera) used for treatment was used. Each tumor cell was irradiated with near-infrared rays by this tumor treatment apparatus. Irradiation conditions, the output intensity of 20 J / cm 2 or 40J / cm 2, 20J / when cm 2 2.3 sec, and 1 shot single pulse of 4.17 seconds when 40 J / cm 2 3 times, 10 Multiple or 20 shots were repeated. In addition, the intensity of 20 J / cm 2 by this treatment device is such an output that a healthy person does not feel anything even when irradiated to the skin because of the cooler, and the intensity of 40 J / cm 2 is that the healthy person applies to the skin. The output is such that it feels slightly warm when irradiated, or slightly hot for an instant depending on the individual. Further, in order to prevent excessive temperature rise and eliminate the possibility of tumor cell damage due to accumulated heat based on the excessive temperature, the temperature of the bottom of the medium in each well is measured for each shot, and the medium temperature is 37 ° C. We waited until we got back to the next shot.
腫瘍細胞の増殖程度の測定時は、以下の通りである。
第1群は、第1複数回ショットの照射のあと3日間培養した後に、測定したものである。
第2群は、第1複数回ショットの照射のあと6日間培養した後に、測定したものである。
第3群は、第1複数回ショットの照射のあと3日間培養した後に、さらなる第2複数回ショットの照射のあと3日間培養した後に、測定したものである。
第4群は、第1複数回ショットの照射のあと3日間培養した後に、さらなる第2複数回ショットの照射のあと6日間培養した後に、測定したものである。
コントロール群は、照射することなく、測定したものである。When measuring the degree of growth of tumor cells, it is as follows.
The first group was measured after culturing for 3 days after irradiation of the first multiple shots.
The second group was measured after culturing for 6 days after irradiation of the first multiple shots.
The third group was measured after culturing for 3 days after irradiation of the first multiple shots, and after culturing for 3 days after further irradiation of the second multiple shots.
The fourth group was measured after culturing for 3 days after irradiation of the first multiple shots, and after culturing for 6 days after irradiation of the second multiple shots.
The control group was measured without irradiation.
腫瘍細胞の増殖測定の具体的方法は、腫瘍細胞の生存率の指標として、腫瘍細胞内のミトコンドリアにある脱水素酵素により、テトラゾリウム塩であるMTS(3-(4,5-dimethylthiazol-2-yl)-5-(3-carboxymethoxyphenyl)-2-(4-sulfophenyl)-2H-tetrazolium, inner salt)が還元されて生成されるホルマザン(Formazan)について、CellTiter 96 Aqueous Cell Proliferation Assay kit(プロメガ株式会社の製品)を用いて490nmにおける吸光度(OD490)を測定するというものである。生存する腫瘍細胞数(生存数)に対応する吸光度についての結果を、図5及び6に示す。図中の*はスチューデントt検定による統計学的有意差(P<0.05)があることを示している。A specific method for measuring the proliferation of tumor cells is to use a tetrazolium salt MTS (3- (4,5-dimethylthiazol-2-yl) as an index of tumor cell viability by dehydrogenase in mitochondria in the tumor cells. ) -5- (3-carboxymethoxyphenyl) -2- (4-sulfophenyl) -2H-tetrazolium, inner salt) produced by reduction of Formazan, CellTiter 96 Aqueous Cell Proliferation Assay kit (Promega Corporation) Product), the absorbance at 490 nm (OD 490 ) is measured. The results for the absorbance corresponding to the number of surviving tumor cells (surviving number) are shown in FIGS. * In the figure indicates that there is a statistically significant difference (P <0.05) by Student's t test.
図5及び6から明らかな通り、腫瘍治療装置を用いた近赤外線照射により、in vitroの実験で、ラットのメラノーマB16F0、ヒトの胃がん細胞NUGC4、ヒトの乳がん細胞MCF7、ヒトの子宮がん細胞Helaの生存率を、劇的に減少させることができた。 As is apparent from FIGS. 5 and 6, in vitro experiments were performed by infra-red irradiation using a tumor treatment apparatus, rat melanoma B16F0, human gastric cancer cell NUGC4, human breast cancer cell MCF7, human uterine cancer cell Hela. Was able to dramatically reduce the survival rate.
このことは、本発明の腫瘍治療装置を用いた近赤外線照射により、いずれの悪性腫瘍細胞も生存率が著しく減少しており、近赤外線照射が悪性腫瘍細胞を増殖抑制、又は死滅させていることを示している。このことから、この腫瘍治療装置により悪性腫瘍を治療するのに極めて有効であることが、明らかとなった。 This is because the survival rate of all malignant tumor cells is significantly reduced by the near infrared irradiation using the tumor treatment apparatus of the present invention, and the near infrared irradiation suppresses the growth or kills the malignant tumor cells. Is shown. From this, it was revealed that this tumor treatment apparatus is extremely effective for treating malignant tumors.
また、各ウェルの培地温度の具体的測定方法は、各群についてそれらの培地水底の温度を、熱電対を備えたデジタル温度計MC3000−000(株式会社チノーの製品)で、各ショットの照射直後に、測定するというものである。 Moreover, the specific measurement method of the culture medium temperature of each well is the digital thermometer MC3000-000 (product of Chino Co., Ltd.) equipped with a thermocouple for each group. First, it measures.
その培地温度は、平均で、20J/cm2ショットの場合に37℃から40.8℃へ上昇し、3.6秒間40℃以上となったのち、43.8秒後に元の温度に戻り、また40J/cm2ショットの場合に37℃から43.9℃へ上昇し、42.1秒間40℃以上となったのち、83.4秒後に元の温度に戻った。癌患者の腫瘍の温熱療法では約42℃で一回につき60分間程度、長期間にわたって加熱してすら直ぐに腫瘍組織が劇的に減少しないことや、癌患者が風邪などで高温に発熱しても腫瘍組織が縮小しないことや、in vitroで癌細胞が40〜44℃に1〜2分間曝されても減少しないことから、この腫瘍治療装置から照射された近赤外線自身が、熱エネルギーとは直接関係することなく、悪性腫瘍細胞の増殖を直接抑制していると、推察される。The average temperature of the medium rose from 37 ° C. to 40.8 ° C. in the case of 20 J / cm 2 shot, increased to 40 ° C. or higher for 3.6 seconds, and then returned to the original temperature after 43.8 seconds. In addition, in the case of 40 J / cm 2 shot, the temperature rose from 37 ° C. to 43.9 ° C., became 40 ° C. or higher for 42.1 seconds, and then returned to the original temperature after 83.4 seconds. In the case of hyperthermia for tumors of cancer patients, the tumor tissue does not decrease dramatically even after heating for a long time at about 42 ° C for about 60 minutes, or even if the cancer patients have a high temperature due to a cold, etc. Since the tumor tissue does not shrink and the cancer cells do not decrease even when exposed to 40 to 44 ° C. for 1 to 2 minutes in vitro, the near-infrared radiation irradiated from this tumor treatment device is directly related to thermal energy. It is speculated that the growth of malignant tumor cells is directly suppressed regardless of the relationship.
次に腫瘍治療装置を用いて、in vivoの腫瘍組織に近赤外線を照射したときの腫瘍細胞の増殖抑制について、検討した。具体的方法は、以下のように、腫瘍組織の体積を計測し、また腫瘍組織標本を病理組織学的に観察するというものである。 Next, tumor cell growth suppression when in vivo tumor tissue was irradiated with near infrared rays was examined using a tumor treatment apparatus. The specific method is to measure the volume of the tumor tissue and observe the tumor tissue specimen pathologically as follows.
(実施例2)
腫瘍組織として、ヒトの乳がん細胞MCF7の腫瘍細胞を用い、in vivoでの移植実験動物として、雌のSCIDマウス(日本チャールス・リバー株式会社製、系統CB17/Icr-Prkdcsid/CrlCrlj)を用いた。
ヒトの乳がん細胞MCF7は、市販の培地で、5%CO2を含む加湿された37℃の培養装置内で培養しておいた。指数増殖期にある培養MCF7細胞を、2.5×106個/100μL/個体になるよう調整して、移植用腫瘍細胞とした。週齢6週のこのSCIDマウスを照射群とし、ヒトの乳がん細胞MCF7の腫瘍細胞を5匹の各マウスの体幹右側皮下に移植した。移植後、マウスを飼育し、腫瘍組織を成長させ、平均腫瘍組織体積が66mm3になった時点で、腫瘍組織部分に毛が生えている場合は脱毛クリームで除毛した後に、図1、3及び4に記載のタイタン(キュテラ社製;商品名)で、無麻酔下、波長域1400〜1500nmを低減させた波長域1000〜1800nmの近赤外線を腫瘍組織へ照射した。照射条件は、20J/cm2の出力強度で、2.3秒のシングルパルスを1ショットとして10回繰返す複数回ショットを1クールとして、初日、2、4、6、8、9、10日目とに計7クール照射した。その近赤外線照射時には、無麻酔下でも、何れのSCIDマウスも微動すらしないので、痛みや熱感を全く感じていないようであった。また、近赤外線照射部位近傍に、発赤や紅斑、腫脹や熱傷のような副作用が全く認められなかった。(Example 2)
A tumor cell of human breast cancer cell MCF7 was used as a tumor tissue, and a female SCID mouse (Charles River Japan, strain CB17 / Icr-Prkdcsid / CrlCrlj) was used as an in vivo transplantation experimental animal.
Human breast cancer cell MCF7 was a commercially available medium and cultured in a humidified 37 ° C. culture apparatus containing 5% CO 2 . Cultured MCF7 cells in the exponential growth phase were adjusted to 2.5 × 10 6 cells / 100 μL / individual to obtain tumor cells for transplantation. This SCID mouse of 6 weeks of age was used as an irradiation group, and tumor cells of human breast cancer cells MCF7 were transplanted subcutaneously on the right side of the trunk of each of five mice. After transplantation, the mice were bred to grow tumor tissue. When the average tumor tissue volume reached 66 mm 3 , if the tumor tissue had hair, the hair was removed with a hair removal cream. 4 and 4 were irradiated with near-infrared rays having a wavelength range of 1000 to 1800 nm in which the wavelength range of 1400 to 1500 nm was reduced without anesthesia. Irradiation conditions were 20 J / cm 2 output intensity, and a single shot of 2.3 seconds was repeated 10 times as a single shot, with multiple shots taken as 1 cool, the first day, 2, 4, 6, 8, 9, 10th day A total of 7 cool irradiations were performed. At the time of the near-infrared irradiation, none of the SCID mice moved finely even without anesthesia, so it seemed that no pain or heat was felt. In addition, no side effects such as redness, erythema, swelling and burns were observed in the vicinity of the near infrared irradiation site.
腫瘍治療装置による腫瘍抑制効果を調べるために、随時、腫瘍組織の長径・短径・厚さを計測し、下記式(1)
腫瘍組織体積(mm3)=(4/3)×π×(L/2)×(W/2)×(T/2) ・・・(1)
(式中、Lは腫瘍組織長径(mm)、Wは腫瘍組織短径(mm)、Tは腫瘍組織厚さ(mm))
により、腫瘍組織体積を算出した。その結果を図7に示す。なお、図7中、*はP<0.05の統計学的有意差があり、**はP<0.01の有意差があることを示す。In order to investigate the tumor suppressive effect of the tumor treatment device, the major axis, minor axis, and thickness of the tumor tissue are measured at any time, and the following formula (1)
Tumor tissue volume (mm 3 ) = (4/3) × π × (L / 2) × (W / 2) × (T / 2) (1)
(Wherein, L is the tumor tissue major axis (mm), W is the tumor tissue minor axis (mm), and T is the tumor tissue thickness (mm)).
From the above, the tumor tissue volume was calculated. The result is shown in FIG. In FIG. 7, * indicates a statistically significant difference of P <0.05, and ** indicates a significant difference of P <0.01.
また、13日目及び37日目に、照射群のうちの1匹から腫瘍組織を摘出して、3切片に切り出し、夫々、ヘマトキシリン・エオシン(HE)染色、アポトーシス細胞を染色して検出するトランスフェラーゼ仲介dUTPニック末端標識(TUNEL)染色、及び増殖細胞である腫瘍細胞に特異に存在するKi67に対する免疫染色を行い、光学顕微鏡で病理組織学的な観察を行った。その結果を、図8〜9に示す。 Further, on the 13th and 37th days, a tumor tissue was excised from one of the irradiated groups, cut into 3 sections, and stained with hematoxylin and eosin (HE) and transferase for detecting and detecting apoptotic cells, respectively. Mediating dUTP nick end labeling (TUNEL) staining and immunostaining for Ki67 specifically present in tumor cells as proliferating cells were performed, and histopathological observation was performed with an optical microscope. The results are shown in FIGS.
(比較例1)
近赤外線照射を行わないこと以外は、実施例2と同様にして、コントロール群のSCIDマウス5匹を用い、その腫瘍組織について、随時、腫瘍組織の長径・短径・厚さを計測し、腫瘍組織体積を算出し、さらに病理組織学的な観察を行った。その結果を図7〜9に示す。(Comparative Example 1)
Except not performing near-infrared irradiation, in the same manner as in Example 2, using five SCID mice in the control group, the tumor tissue was measured for the major axis, minor axis, and thickness of the tumor tissue as needed. Tissue volume was calculated and histopathological observation was performed. The results are shown in FIGS.
図7から明らかな通り、比較例1の非照射のコントロール群では経過日数と共に、特に7日目以降急激に、腫瘍組織体積が増大していたが、実施例2の照射群では、近赤外線照射を繰り返すことにより、初日の近赤外線照射直後から、腫瘍組織体積が有意に、着実に減少し、10日目に近赤外線照射を止めても暫く減少したままであった。 As is clear from FIG. 7, the non-irradiated control group of Comparative Example 1 showed a rapid increase in tumor tissue volume with the elapsed days, especially after the seventh day. In the irradiated group of Example 2, near-infrared irradiation By repeating the above, the tumor tissue volume decreased significantly and steadily immediately after the near-infrared irradiation on the first day, and remained for a while even after the near-infrared irradiation was stopped on the 10th day.
また、図8から明らかな通り、近赤外線照射の最終日の10日目で、照射群はコントロール群と比較して、HE染色結果のように腫瘍組織が縮小しており、TUNEL染色結果のように染色されたアポトーシス細胞が顕著に増加しており、Ki67の免疫染色結果のように増殖して染色された腫瘍細胞が顕著に少なくなっていた。 Further, as is apparent from FIG. 8, on the 10th day of the last day of near-infrared irradiation, in the irradiation group, the tumor tissue was reduced as in the HE staining result as compared with the control group, and as in the TUNEL staining result. In contrast, the number of apoptotic cells stained in a markedly increased amount, and the number of tumor cells that proliferated and stained as in the immunostaining results of Ki67 were remarkably reduced.
さらに、図9から明らかな通り、近赤外線照射を止めて暫く経過した37日目で、HE染色結果のように腫瘍組織が縮小したままであり、TUNEL染色結果のように染色されたアポトーシス細胞が腫瘍組織の中心部で顕著に増加しており、Ki67の免疫染色結果のように増殖して染色された腫瘍細胞が腫瘍組織の中心部で顕著に少なくなっていた。 Furthermore, as is apparent from FIG. 9, on the 37th day after the near-infrared irradiation was stopped, the tumor tissue remained reduced as in the HE staining result, and the apoptotic cells stained as in the TUNEL staining result The number of tumor cells increased significantly in the central part of the tumor tissue, and the number of tumor cells that proliferated and stained as in the immunostaining result of Ki67 significantly decreased in the central part of the tumor tissue.
これら実施例2と比較例1との対比から、統計学的にも有意差が認められ、この腫瘍治療装置を用いた近赤外線の照射により、ヒトの乳がん細胞MCF7のような腫瘍細胞の増殖を劇的かつ確実に抑制できることが示された。 From the comparison between Example 2 and Comparative Example 1, a statistically significant difference was observed, and the proliferation of tumor cells such as human breast cancer cell MCF7 was observed by irradiation with near infrared rays using this tumor treatment apparatus. It was shown that it can be suppressed dramatically and reliably.
(実施例3)
腫瘍組織として、マウスのメラノーマ細胞MDA−MB−435の腫瘍細胞を用い、in vivoでの移植実験動物として、雌のヌードマウス(日本チャールス・リバー株式会社製、系統Crlj:CD1-Foxn1nu(ICRヌードマウス))を用いた。
マウスのメラノーマ細胞MDA−MB−435の腫瘍細胞は、市販の培地で、5%CO2を含む加湿された37℃の培養装置内で培養しておいた。指数増殖期にある培養MDA−MB−435細胞を、5.0x106個/100μL/個体になるよう調整して、移植用腫瘍細胞とした。週齢6週のこのヌードマウスを照射群とし、マウスのメラノーマ細胞MDA−MB−435の腫瘍細胞を20匹の各マウスの体幹右側皮下に移植した。移植後、マウスを飼育し、腫瘍組織を成長させ、平均腫瘍組織体積が100mm3になった時点で、腫瘍組織体積が均一になるよう14匹を選別し、図1、3及び4に記載のタイタン(キュテラ社製;商品名)で、無麻酔下、波長域1400〜1500nmを低減させた波長域1000〜1800nmの近赤外線を腫瘍部位へ照射した。照射条件は、20J/cm2の出力強度で、2.3秒のシングルパルスを1ショットとして10回繰返す複数回ショットを1クールとして、初日から連日で13日目まで、計13クール照射し、照射を休止した後、31日目から連日で43日目まで、計13クール照射を再開した。その近赤外線照射時には、無麻酔下でも、何れのICRヌードマウスも微動すらせず、痛みや熱感を全く感じておらず、近赤外線照射部位近傍に、上皮火傷のような副作用が全く認められなかった。(Example 3)
As tumor tissue, mouse melanoma cell MDA-MB-435 tumor cells were used, and in vivo transplantation experimental animals were female nude mice (manufactured by Charles River Japan, strain Crlj: CD1-Foxn1 nu (ICR Nude mice)) were used.
Tumor cells of mouse melanoma cells MDA-MB-435 were cultured in a humidified 37 ° C. culture apparatus containing 5% CO 2 with a commercially available medium. Cultured MDA-MB-435 cells in the exponential growth phase were adjusted to 5.0 × 10 6 cells / 100 μL / individual to obtain tumor cells for transplantation. This nude mouse of 6 weeks of age was used as an irradiation group, and tumor cells of mouse melanoma cells MDA-MB-435 were implanted subcutaneously on the right side of the trunk of 20 mice. After transplantation, mice were bred, tumor tissue was grown, and when the average tumor tissue volume reached 100 mm 3 , 14 mice were selected so that the tumor tissue volume was uniform, and described in FIGS. The tumor site was irradiated with near-infrared rays having a wavelength range of 1000 to 1800 nm in which the wavelength range of 1400 to 1500 nm was reduced with Titan (manufactured by Cutera; trade name) without anesthesia. Irradiation conditions were 20 J / cm 2 with an output intensity of 2.3 seconds. One shot was repeated 10 times with a single pulse of 2.3 seconds, and a total of 13 cool irradiations from the first day to the 13th day. After stopping the irradiation, a total of 13 cool irradiations were resumed from the 31st day to the 43rd day in a row. At the time of the near-infrared irradiation, none of the ICR nude mice moved finely even under no anesthesia, and no pain or heat was felt, and there were no side effects such as epithelial burns near the near-infrared irradiation site. There wasn't.
腫瘍治療装置による腫瘍抑制効果を調べるために、随時、腫瘍組織の長径・短径・厚さを計測し、前記式(1)腫瘍組織体積を算出した。その結果を図10に示す。なお、図10中、*はP<0.05の統計学的有意差があり、**はP<0.01の統計学的有意差があることを示す。 In order to examine the tumor suppression effect of the tumor treatment apparatus, the major axis, minor axis, and thickness of the tumor tissue were measured as needed, and the above-described equation (1) tumor tissue volume was calculated. The result is shown in FIG. In FIG. 10, * indicates a statistically significant difference of P <0.05, and ** indicates a statistically significant difference of P <0.01.
また、9日目及び45日目に、照射群のうちの1匹から腫瘍組織を摘出して、3切片に切り出し、夫々、HE染色、TUNEL染色、及びKi67免疫染色を行い、光学顕微鏡で病理組織学的な観察を行った。その結果を、図11〜12に示す。 In addition, on day 9 and 45, tumor tissue was excised from one of the irradiated groups, cut into 3 sections, each subjected to HE staining, TUNEL staining, and Ki67 immunostaining, and pathological examination was performed using an optical microscope. Histological observations were made. The results are shown in FIGS.
(比較例2)
近赤外線照射を行わないこと以外は、実施例3と同様にして、コントロール群のヌードマウス14匹を用い、その腫瘍組織について、随時、腫瘍組織の長径・短径・厚さを計測し、腫瘍組織体積を算出し、さらに病理組織学的な観察を行った。その結果を図10〜12に示す。(Comparative Example 2)
Except not performing near-infrared irradiation, in the same manner as in Example 3, 14 nude mice in the control group were used, and the tumor tissue was measured for the major axis, minor axis and thickness of the tumor tissue as needed. Tissue volume was calculated and histopathological observation was performed. The results are shown in FIGS.
図10から明らかな通り、比較例2の非照射のコントロール群では経過日数と共に腫瘍組織体積が増大していたが、実施例3の照射群では、13日目まで近赤外線照射を繰り返すことにより、初日の近赤外線照射直後から、腫瘍組織体積が有意に、着実に減少し、近赤外線照射を休止しても暫く減少したままであった。その後、腫瘍組織体積が増加に転じたが、31日目から近赤外線照射を再開すると、再び腫瘍組織体積が有意に、着実に減少した。通常、癌患者への抗癌剤投与による化学療法や、温熱療法において、一旦、抗癌剤耐性や熱耐性を獲得した腫瘍組織は、もはや同じ療法で治療効果が認められなくなってしまう。しかし、この腫瘍治療装置は、腫瘍組織に近赤外線を照射した後、腫瘍が再発しても、再度近赤外線を照射し始めれば、腫瘍組織を縮小ないし死滅させることができるという特長があることが示された。 As is clear from FIG. 10, in the non-irradiated control group of Comparative Example 2, the tumor tissue volume increased with the elapsed days, but in the irradiation group of Example 3, by repeating near-infrared irradiation until the 13th day, Immediately after the near-infrared irradiation on the first day, the tumor tissue volume decreased significantly and steadily decreased even after the near-infrared irradiation was stopped. Thereafter, the tumor tissue volume started to increase, but when near-infrared irradiation was resumed from the 31st day, the tumor tissue volume decreased significantly and steadily again. Usually, in the chemotherapy or hyperthermia treatment for cancer patients, once the tumor tissue has acquired anticancer drug resistance or heat resistance, the therapeutic effect is no longer recognized by the same therapy. However, this tumor treatment device has a feature that even if the tumor reappears after irradiating the tumor tissue with near infrared rays, if the tumor tissue reappears again, the tumor tissue can be reduced or killed if it starts irradiating near infrared rays again. Indicated.
また図11から明らかな通り、毎日、近赤外線照射している途中の9日目で、照射群はコントロール群と比較して、HE染色結果のように腫瘍組織が縮小しており、TUNEL染色結果のように染色されたアポトーシス細胞が顕著に増加しており、Ki67の免疫染色結果のように増殖して染色された腫瘍細胞が顕著に少なくなっていた。 In addition, as is clear from FIG. 11, on the ninth day in the middle of near-infrared irradiation every day, the irradiated group had a tumor tissue reduced as in the HE staining result as compared with the control group, and the TUNEL staining result. As shown in the results of Ki67 immunostaining, the number of proliferating and stained tumor cells was remarkably reduced.
さらに図12から明らかな通り、再開した近赤外線照射を止めて間がない45日目で、HE染色結果のように腫瘍組織が縮小したままであり、TUNEL染色結果のように染色されたアポトーシス細胞が腫瘍組織の中心部で顕著に増加しており、Ki67の免疫染色結果のように増殖して染色された腫瘍細胞が腫瘍組織の中心部で顕著に少なくなっていた。 Further, as clearly shown in FIG. 12, on the 45th day after the resumed near-infrared irradiation was stopped, the tumor tissue remained reduced as in the HE staining result, and the apoptotic cells stained as in the TUNEL staining result However, the number of tumor cells that proliferated and stained as shown in the results of Ki67 immunostaining was significantly reduced in the center of the tumor tissue.
これら実施例3と比較例2との対比から、統計学的にも有意差が認められ、この腫瘍治療装置を用いた近赤外線の照射により、ヒトのメラノーマ細胞MDA−MB435のような腫瘍細胞の増殖を劇的かつ確実に抑制できることが示された。 From the comparison between Example 3 and Comparative Example 2, a statistically significant difference was observed. By irradiation with near infrared rays using this tumor treatment apparatus, tumor cells such as human melanoma cells MDA-MB435 were observed. It has been shown that proliferation can be suppressed dramatically and reliably.
このように、本発明を適用する実施例の腫瘍治療装置が、近赤外線で、様々な腫瘍組織を減少又は死滅させることは、明らかである。そのメカニズムは、必ずしも明らかでないが、以下のように推察される。図13に、400〜約3000nmの波長と、この腫瘍治療装置を用いたときの放射照度、及びメラニン、ヘモグロビン、水の吸収係数との相関を示す。図13のように、腫瘍治療装置から出射される近赤外線は、特に1000〜1800nmの波長域で放射照度が高いが、その内、1400〜1500nmの波長域では放射照度が特に低いので、ヘモグロビンやメラニンの多い部位にもその近赤外線の照射が可能となっている。この腫瘍治療装置により照射される1400〜1500nmの波長域の強度が小さくなっている近赤外線は、皮膚やその深部への浸透性が高くなっており、そのため腫瘍組織に到達した近赤外線自体で、直接、腫瘍細胞に作用して、熱エネルギー非依存的に、DNAの破壊やアポトーシスによる細胞死誘導のために、腫瘍組織の減少ないし消滅が惹き起こされる。このように、熱エネルギーを集積させるために増感剤を腫瘍組織に投与してそこへ赤外線を照射するという温熱療法とは、腫瘍組織減少のメカニズムが全く異なるようである。 Thus, it is clear that the tumor treatment apparatus of the embodiment to which the present invention is applied reduces or kills various tumor tissues with near infrared rays. Although the mechanism is not necessarily clear, it is guessed as follows. FIG. 13 shows the correlation between the wavelength of 400 to about 3000 nm, the irradiance when this tumor treatment apparatus is used, and the absorption coefficients of melanin, hemoglobin, and water. As shown in FIG. 13, the near infrared ray emitted from the tumor treatment apparatus has a high irradiance particularly in the wavelength range of 1000 to 1800 nm, and among them, the irradiance is particularly low in the wavelength range of 1400 to 1500 nm. Near-infrared radiation can also be applied to sites with a lot of melanin. Near-infrared light having a reduced intensity in the wavelength range of 1400 to 1500 nm irradiated by this tumor treatment device has increased permeability to the skin and its deep part. Directly acting on tumor cells, the decrease or disappearance of tumor tissue is caused to induce cell death due to DNA destruction or apoptosis in a manner independent of thermal energy. Thus, it seems that the mechanism of tumor tissue reduction is completely different from hyperthermia, in which a sensitizer is administered to tumor tissue and infrared rays are irradiated to the tumor tissue in order to accumulate thermal energy.
また、実施例1、2、3で用いられた腫瘍治療装置では表面を20℃に冷却したため腫瘍表面では近赤外線が吸収されることなく、腫瘍の深部・中心部まで近赤外線が到達し、腫瘍細胞を縮小ないし死滅させることができた。冷却の程度が強いほど、深部にまで近赤外線を届けることが可能になり、それにより、より深い部位に存在する腫瘍を縮小ないし死滅させることができる。さらに、実施例1、2、3で表層の腫瘍の損傷の程度が軽度であるが、これに対しては表面の冷却を弱めれば、表層の腫瘍で近赤外線が吸収され、縮小ないし死滅させることができる。この温度調節によりさまざまな深さに存在する腫瘍の治療が可能となる。 Moreover, since the surface was cooled to 20 ° C. in the tumor treatment apparatus used in Examples 1, 2, and 3, near infrared rays reached the deep part and the center part of the tumor without absorbing near infrared rays on the tumor surface, and the tumor The cells could be reduced or killed. The stronger the degree of cooling, the near infrared rays can be delivered to the deep part, and the tumor existing in the deeper part can be reduced or killed. Furthermore, in Examples 1, 2, and 3, the degree of damage to the tumor on the surface layer is mild, but if the surface cooling is weakened, near-infrared rays are absorbed by the tumor on the surface layer, and the tumor is reduced or killed. be able to. This temperature control makes it possible to treat tumors present at various depths.
本発明の腫瘍治療装置は、ヒト、及び非ヒト動物の良性又は悪性腫瘍、特に、皮膚癌や乳癌など生物体にできる悪性腫瘍、白血病などの増殖性疾患の治療に用いることができる。 The tumor treatment apparatus of the present invention can be used for the treatment of benign or malignant tumors of humans and non-human animals, particularly malignant tumors that can be made into organisms such as skin cancer and breast cancer, and proliferative diseases such as leukemia.
本発明は、ヒト、又は非ヒト動物の腫瘍組織、特に悪性腫瘍病巣へ、近赤外線を照射して、その腫瘍を自然死に至らせて治療する目的で用いられる装置に関するものである。 The present invention relates to a device used for the purpose of irradiating a tumor tissue of a human or non-human animal, particularly a malignant tumor lesion, with near-infrared rays to cause the tumor to spontaneously die for treatment.
前記の目的を達成するためになされた特許請求の範囲の請求項1に記載の腫瘍治療用腫瘍組織細胞死誘導装置は、近赤外線出射源からの出射光線の内の1400〜1500nmの波長を吸収、反射又は散乱させて近赤外線を透過させるフィルタが、前記近赤外線出射源と前記近赤外線で照射される生体の腫瘍組織との経路途中に、配置されており、前記近赤外線の波長域が、1000〜1800nmであり、前記経路途中で前記フィルタの先方に、前記生体へ接触する冷却窓が、配置されていて、前記冷却窓には、クーラーが付されており、前記近赤外線が、5〜65J/cm 2 の出力強度のシングルパルスを1ショットとして、単回又は複数回のショットで照射されるように、前記近赤外線出射源を駆動する変調回路を備え、これらによって、前記フィルタを透過した前記近赤外線の前記腫瘍組織の表層及び/又は深部へわたる照射で、熱エネルギー非依存的に、腫瘍組織の腫瘍細胞を直接、抑制及び/又は死滅させる近赤外線照射エネルギーに調整されていることを特徴とする。
The tumor tissue cell death induction device for tumor treatment according to
請求項2に記載の腫瘍治療用腫瘍組織細胞死誘導装置は、請求項1に記載されたもので、
前記変調回路が、0.5〜100ミリ秒のパルス幅の前記シングルパルスで0.5〜100ミリ秒間隔の近赤外線のパルス出射となるように変調し、及び/又は前記1ショット当り0.1〜10秒間連続の前記単回のショット又は2〜20回の前記複数回のショットとなるように変調することを特徴とする。
The tumor tissue cell death inducing apparatus for tumor treatment according to
The modulation circuit modulates the single pulse having a pulse width of 0.5 to 100 milliseconds so that near infrared pulses are emitted at intervals of 0.5 to 100 milliseconds, and / or 0. Modulation is performed so that the single shot is continuous for 1 to 10 seconds or the multiple shots are 2 to 20 times .
請求項3に記載の腫瘍治療用腫瘍組織細胞死誘導装置は、請求項1に記載されたもので、前記変調回路が、前記近赤外線を、20J/cm 2 の出力強度の前記シングルパルスで、前記ショットを少なくとも10回照射させ、又は、40J/cm 2 の出力強度の前記シングルパルスで、前記ショットを少なくとも3回照射させることを特徴とする。
The tumor tissue cell death induction apparatus for tumor treatment according to claim 3 is the one described in
請求項4に記載の腫瘍治療用腫瘍組織細胞死誘導装置は、請求項1に記載されたもので、前記クーラーが、前記冷却窓を20℃に冷却することを特徴とする。
The tumor tissue cell death induction apparatus for tumor treatment according to claim 4 is the one described in
請求項5に記載の腫瘍治療用腫瘍組織細胞死誘導装置は、請求項1に記載されたもので、前記フィルタが、水層を有していることを特徴とする。
The tumor tissue cell death induction apparatus for tumor treatment according to claim 5 is the apparatus described in
請求項6に記載の腫瘍治療用腫瘍組織細胞死誘導装置は、請求項1に記載されたもので、前記近赤外線出射源が、前記出射光線であるレーザー光を出射するレーザーダイオード、又は前記出射光線を出射する発光ダイオード、タングステンランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、カーボンヒータ若しくはセラミックスヒータであることを特徴とする
The tumor tissue cell death induction apparatus for tumor treatment according to claim 6 is the one described in
請求項7に記載の腫瘍治療用腫瘍組織細胞死誘導装置は、請求項1に記載されたもので、
前記変調回路には、前記出射光線をパルス出射させる発振回路と、前記出射光線を所定時間続けて出射させるタイマーと、前記出射光線の出射を単回又は複数回繰り返して出射させるスイッチ回路とが接続されていることを特徴とする。
The tumor tissue cell death inducing apparatus for tumor treatment according to
Connected to the modulation circuit is an oscillation circuit that emits the emitted light in pulses, a timer that emits the emitted light continuously for a predetermined time, and a switch circuit that emits the emitted light one or more times repeatedly It is characterized by being.
請求項8に記載の腫瘍治療用腫瘍組織細胞死誘導装置は、請求項1に記載されたもので、
前記近赤外線出射源と前記フィルタとの対を、一対又は複数対、有することを特徴とする。
The tumor tissue cell death inducing apparatus for tumor treatment according to claim 8 is the one described in
One or more pairs of the near-infrared ray emission source and the filter are provided.
請求項9に記載の腫瘍治療用腫瘍組織細胞死誘導装置は、請求項8に記載されたもので、前記近赤外線出射源と前記フィルタとの対が、単数又は複数のハンドピースの各先端部に取付けられていることを特徴とする。 The tumor tissue cell death induction apparatus for tumor treatment according to claim 9 is the one described in claim 8 , wherein the pair of the near-infrared ray emission source and the filter is each tip of one or a plurality of handpieces. It is characterized by being attached to .
請求項10に記載の腫瘍治療用腫瘍組織細胞死誘導装置は、請求項9に記載されたもので、前記冷却窓が、前記ハンドピースの表面に露出して取付けられていることを特徴とする。
請求項11に記載の腫瘍治療用腫瘍組織細胞死誘導装置は、請求項1に記載されたもので、ヒト又は非ヒト動物の体内へ挿入されるカテーテルの尖端の内空に挿入された前記近赤外線出射源を、前記フィルタが蔽っていることを特徴とする。
請求項12に記載の腫瘍治療用腫瘍組織細胞死誘導装置は、請求項1に記載されたもので、前記生体の腫瘍組織が、ヒト又は非ヒト動物の悪性腫瘍及び/又は良性腫瘍であることを特徴とする。
The tumor tissue cell death induction apparatus for tumor treatment according to
The tumor tissue cell death induction apparatus for tumor treatment according to
The tumor tissue cell death induction apparatus for tumor treatment according to
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