WO2010038798A1 - 細胞活性度低減方法及びその装置 - Google Patents

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武大 中川
長生 濱田
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パナソニック電工株式会社
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    • A61N2005/066—Radiation therapy using light characterised by the wavelength of light used infrared far infrared

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for reducing cell activity.
  • a vasoconstrictor is known as one that suppresses cellular activity
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-220355 discloses a mast cell activation inhibitor.
  • the cell whose activity is most desired to be reduced is a cancer cell. Extraction of cancer cells requires a high level of medical technology and involves many dangers. In addition, when cancer cells are scattered over a wide area, a more precise surgical treatment technique is required, and the risk level is further increased. On the other hand, administration of anticancer drugs has side effects such as vomiting, strong malaise, dullness and hair loss, and the pain given to patients is unimaginable.
  • the present invention has been invented in view of the above-mentioned conventional problems, and a cell activity reduction method and apparatus capable of reducing the activity of cells without administering a drug or surgically removing means. It is a problem to provide.
  • the cell activity reduction method according to the present invention is characterized in that cells are irradiated with electromagnetic waves having a frequency of 30 GHz to 3 THz to reduce the cell activity.
  • Such a cell activity reduction device is characterized in that it has an electromagnetic wave irradiation means for irradiating an electromagnetic wave having a frequency of 30 GHz to 3 THz for cell activity reduction.
  • the target cell is irradiated with millimeter waves or terahertz light having a frequency band of 30 GHz to 3 THz to reduce the activity of the cell.
  • millimeter waves or terahertz light having a frequency band of 30 GHz to 3 THz to reduce the activity of the cell.
  • an electric resistance measuring means for measuring the electric resistance of a cell to be irradiated with electromagnetic waves or a culture solution for cells to be irradiated with electromagnetic waves, and the electric resistance measurement
  • the present invention reduces cell activity by irradiating cells with electromagnetic waves having a frequency of 30 GHz to 3 THz, and can safely reduce cell activity without causing adverse effects such as side effects. it can.
  • (A) is a side view of the other example of a cell holding part
  • (b) is a top view which shows the other example of a cell holding part.
  • the another example of a cell holding part is shown, (a) is a side view, (b) is a top view. It is explanatory drawing which shows the reduction effect of the cell activity by electromagnetic waves.
  • FIG. 1 shows a main part of a cell activity reducing apparatus according to the present invention, and electromagnetic wave irradiation is performed in a cylindrical housing 1 having a diameter of about 20 mm.
  • the part 2 is arranged so that the electromagnetic wave from the electromagnetic wave irradiation part 2 can be output to the outside through the opening 10 having a diameter of about 2 mm provided in the housing 1.
  • the electromagnetic wave irradiation unit 2 uses a light emitting diode capable of irradiating a 50 GHz electromagnetic wave (millimeter wave), but is not limited to this frequency. It is not limited to a light emitting diode as long as it can irradiate an object, and further can irradiate an electromagnetic wave in the above wavelength range.
  • the irradiation intensity of the electromagnetic wave from the electromagnetic wave irradiation part 2 is about 1 ⁇ W
  • the irradiation intensity is not limited to this, and can be appropriately changed to an appropriate intensity by a test or the like.
  • the changeover switch 6 it is possible to switch between pulse lighting by the pulse lighting control device 5 and continuous lighting in which the power source 4 and the electromagnetic wave irradiation unit 2 are directly connected. The irradiation time can be controlled.
  • FIG. 2 shows what can be suitably used for the effect verification test of the cell activity reduction by the electromagnetic wave irradiation.
  • reference numeral 12 denotes a cell holding unit for holding the cells to be irradiated with the electromagnetic wave together with the culture solution.
  • the cell is connected to an electric resistance measuring unit 8 for measuring the electric resistance and an electric resistance value displaying unit 9 for displaying the measured electric resistance value.
  • the pH measurement part 10 which measures the pH of the said culture solution and the pH value display part 11 which displays the measured pH value are connected.
  • reference numeral 13 denotes a sensing unit in the pH measurement unit.
  • FIG. 3 shows details of the electrical resistance measuring unit 8.
  • the supply electrode 14 is disposed on two opposing surfaces of the inner surface of the cell holding portion 12 filled with the cells 15 and the culture solution 16, and a constant current is supplied from the power source 18 to the supply electrode 14, thereby culturing as an electrolyte.
  • a constant current is passed through the liquid 16, and a voltage change in the culture medium is detected by the detection electrode 17 disposed in the cell holding unit 12.
  • the constant current value and the voltage value obtained from the detection electrode 17 are input to the resistance calculation unit 19, the resistance value in the cell holding unit 12 is calculated, and displayed on the cell electrical resistance display unit 9.
  • the cell activity increases, that is, either the number of cells in the cell holding part 12 increases or the shape of the cell expands, or the state inside the cell is activated.
  • the overall resistance value in the cell holding part 12 increases.
  • cell activity decreases that is, when the number of cells decreases or the shape of the cell shrinks, such as when the shape of the cell contracts, or when the state inside the cell becomes inactive
  • the overall resistance value in the cell holding portion 12 becomes small.
  • the electrical resistance measurement unit 8 is not limited to the above configuration. Any electrode can be used as long as it can measure the resistance value in the culture solution.
  • the detection electrodes 17 are alternately arranged, or as shown in FIG. 4 (b), the supply electrode 14 and the detection electrode 17 are arranged concentrically on each of two opposing surfaces of the cell holding portion 12 inner surface. You may do it.
  • the culture solution is shown as a liquid that fills the cell holding unit 12, it is not limited to the culture solution because other liquids may be used for short-time measurement although it depends on the cells.
  • the cell holding unit 12 does not need to be one section, and a cell holding section 12 having a plurality of sections (30 sections in the illustrated example) as shown in FIG.
  • a cell holding section 12 having a plurality of sections (30 sections in the illustrated example) as shown in FIG.
  • fibroblast as a cell to irradiate electromagnetic waves
  • a cell holding part 12 having two compartments the cells and culture solution divided into two compartments are put into both compartments, and the cells in one compartment are irradiated with electromagnetic waves.
  • the sample in the other compartment was used as a control sample.
  • the cell activity reducing device including the cell holding unit 12 was kept installed in a CO 2 incubator maintained at a temperature of 37 ° C., a humidity of 100%, and CO 2 of 5% until the end of irradiation.
  • the cells are placed in an incubator and left for 70 minutes, and then the measurement of the resistance value in the cell holding unit 12 is started and the resistance value is measured for 10 minutes.
  • Electromagnetic wave irradiation of 50 GHz electromagnetic wave was performed for 120 minutes by continuous lighting.
  • the irradiation intensity of the electromagnetic wave irradiated from the electromagnetic wave irradiation unit 2 at this time is about 1 ⁇ W, and the intensity when reaching the cell 15 is about 1 ⁇ W to 1 pW.
  • the change in resistance value in the cell holding part 12 at this time is shown in FIG.
  • the electromagnetic wave irradiation corresponds to 80 to 200 minutes in FIG. Thereafter, the irradiation was stopped, and a follow-up observation was performed for 120 minutes (corresponding to the period from 320 minutes to 320 minutes in FIG. 6).
  • the resistance value shown in FIG. 6 has no unit because it is represented by the ratio of the relative change amount with the initial value being 1. This resistance value ratio is plotted every minute.
  • about 5 minutes after irradiation with electromagnetic waves only a sudden decrease in resistance value began to occur on the irradiated cells.
  • the resistance value continued to decrease over about 20 to 25 minutes, and after that, the resistance value remained almost unchanged for about 20 minutes without changing the resistance value.
  • the resistance value gradually increased, but the increase stopped after about 15 minutes.
  • the cell activity is confirmed by the resistance value ratio.
  • this may be performed based on the pH value of the culture solution 16. Specifically, when the pH value of the culture solution 16 increases, it may be determined that the activity of the cell is decreased.
  • the change in cell activity due to electromagnetic wave irradiation is determined based on the cell resistance value ratio or the pH value of the culture solution.
  • a method for determining the cell activity change Is not limited to these. That is, any method may be used as long as the change in the activity of the sample to be irradiated with electromagnetic waves can be observed over time. For example, visual recognition of an image obtained by photographing a specimen with X-rays, measurement of fluctuations in activation markers by partial collection of specimens, measurement of factors corresponding to activation of cells released outside the cells, and the like can be mentioned.

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Abstract

　薬剤の投与や外科的な摘出手段を講じることなく細胞の活性度を低減させる。細胞に周波数３０ＧＨｚ～３ＴＨｚの電磁波を照射させて、細胞の活性度を低減させる。

Description

細胞活性度低減方法及びその装置
　本発明は、細胞の活性度を低減させる方法及びその装置に関するものである。
　細胞活動を抑制するものとして、血管収縮剤が知られており、また、特開２００１－２２０３５５号公報には肥満細胞活性化抑制剤が示されている。
　ところで、最も活性度を低減させたい細胞はガン細胞である。ガン細胞の摘出には高度な医療技術が必要で多くの危険が伴う上に、ガン細胞が広範囲に点在した場合、より緻密な外科処理技術を求められ、危険度は更に高くなる。一方、抗がん剤の投与に関しては、嘔吐、強い倦怠感、だるさ、脱毛などの副作用があり、患者に与える苦痛は想像を絶するものである。
　このためにガン細胞の活動を停止もしくは休止させることができるような細胞活性度低減方法及びその装置が強く求められている。
特開２００１－２２０３５５号公報
　本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、薬剤の投与や外科的な摘出手段を講じることなく細胞の活性度を低減させることができる細胞活性度低減方法及びその装置を提供することを課題とするものである。
　上記課題を解決するために本発明に係る細胞活性度低減方法は、細胞に周波数３０ＧＨｚ～３ＴＨｚの電磁波を照射させて、細胞の活性度を低減させることに特徴を有しており、本発明に係る細胞活性度低減装置は、細胞活性度低減用である周波数３０ＧＨｚ～３ＴＨｚの電磁波を照射する電磁波照射手段を有していることに特徴を有している。
　３０ＧＨｚ～３ＴＨｚの周波数帯を有するミリ波、テラヘルツ光を目的の細胞に照射することでその細胞の活性度を低減させるものである。皮膚表面や喉、鼻腔、内臓表面など、部位によっては外科的な手段を講じる必要がないため危険性は低下し、患者に与える苦痛も大きく軽減することができるものであり、また薬剤の使用によるような副作用を招くこともない。
　電磁波照射による細胞活性度低減の効果検証試験などにおいては、電磁波の照射対象である細胞または電磁波の照射対象である細胞用の培養液の電気抵抗を測定する電気抵抗測定手段と、該電気抵抗測定手段で測定された電気抵抗値を表示する表示手段とを備えたものとしたり、電磁波の照射対象である細胞用の培養液のｐＨを測定するｐＨ測定手段と、該ｐＨ測定手段で測定されたｐＨ値を表示する表示手段とを備えたものとするのが好ましい。
　本発明は、周波数３０ＧＨｚ～３ＴＨｚの電磁波を細胞に照射することで細胞の活性度を低減させるものであり、副作用を引き起こすなどの影響を起こすことなく、安全に細胞の活性度を低減することができる。
本発明の実施の形態の一例に係る電磁波照射部のブロック図である。 同上の細胞保持部を含む全体構成のブロック図である。 同上の電気抵抗測定部のブロック図である。 （ａ）は細胞保持部の他例の側面図、（ｂ）は細胞保持部の更に他例を示す平面図である。 細胞保持部の別の例を示すもので、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 電磁波による細胞活性度の低減効果を示す説明図である。
　以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明すると、図１は本発明に係る細胞活性度低減装置の主要部を示しており、直径２０ｍｍ程度の円筒状のハウジング１内に電磁波照射部２を配して、この電磁波照射部２からの電磁波をハウジング１に設けた直径２ｍｍ程度の開口部１０から外部に出力できるようにしてある。
　上記電磁波照射部２には、５０ＧＨｚの電磁波（ミリ波）を照射することができる発光ダイオードを用いているが、この周波数に限定されるものではなく、３０ＧＨｚ～３ＴＨｚのミリ波からテラヘルツ波領域のものを照射することができるものであればよく、さらには上記波長域の電磁波を照射することができるものであれば、発光ダイオードに限るものではない。
　また電磁波照射部２からの電磁波の照射強度は約１μＷとしているが、照射強度としてはこれに限らず、適宜試験等によって適当な強度に変更することができる。
　また、ここでは切替スイッチ６を用いることで、パルス点灯制御装置５によるパルス点灯と、電源４と電磁波照射部２とを直結した連続点灯とを切り替えることができるようにしているとともに、タイマー７によって照射時間を制御することができるようにしている。
　図２は上記電磁波照射による細胞活性度低減の効果検証試験に好適に用いることができるものを示しており、図中１２は電磁波の照射対象である細胞を培養液とともに保持する細胞保持部であり、上記細胞にはその電気抵抗を測定する電気抵抗測定部８及び測定した電気抵抗値を表示する電気抵抗値表示部９とを接続している。また、上記培養液のｐＨを測定するｐＨ測定部１０と測定したｐＨ値を表示するｐＨ値表示部１１とを接続している。図中１３はｐＨ測定部におけるセンシング部である。
　図３に電気抵抗測定部８の詳細を示す。細胞１５と培養液１６とを満たした細胞保持部１２内面の対向する２面に供給用電極１４を配置して、電源１８から供給用電極１４に一定電流を供給することで、電解質である培養液１６中に一定電流を通し、細胞保持部１２内に配した検知電極１７で培養液中の電圧変化を検知する。そして一定電流値と、検知電極１７から得られた電圧値とを抵抗算出部１９に入力し、細胞保持部１２内の抵抗値を算出し、細胞電気抵抗表示部９に表示する。
　細胞の活性度が増大したとき、すなわち細胞保持部１２内の細胞の個数が増加する、もしくは形状が拡大する等の細胞の形態変化、及び細胞内の状態が活性化する等のいずれかが起きたとき、細胞保持部１２内全体の抵抗値が大きくなる。逆に、細胞の活性度が低下したとき、すなわち細胞の個数が減少する、もしくは形状が収縮する等の細胞の形態変化、及び細胞内の状態が不活性化する等のいずれかが起きたとき、細胞保持部１２内全体の抵抗値は小さくなる。抵抗値を測定することによって細胞の活性度の変化を確認できる。
　電気抵抗測定部８は、上記構成のものに限定されるものではない。培養液中の抵抗値が測定できるものであればどのようなものであってもよく、例えば、図４（ａ）に示すように細胞保持部１２内面の対応する２面に夫々供給用電極１４と検知電極１７を交互に配置したり、図４（ｂ）に示すように、細胞保持部１２内面の対向する２面の各々に、供給用電極１４と検知用電極１７を同心円上に配置したりしても良い。
　また、供給電極１４には一定電流をかけるとしたが、供給電極１４に一定電圧をかけて、検知電極１７で電流変化を検知して抵抗を算出するようにしてもよい。
　細胞保持部１２に満たす液体として培養液を示したが、細胞にも因るが短時間の測定であれば他の液体でも可能な場合もあるために、培養液に限るものではない。
　また細胞保持部１２は、１区画である必要はなく、図５に示すように複数区画（図示例は３０区画）の細胞保持部１２を有するものも好適に用いることができる。複数種類の細胞に前記波長域の電磁波を照射する場合や、再現性の確認のために同じ種類の細胞に照射する場合において、細胞保持部１２が複数区画あると、同時に種々の検討ができる等の利点がある。
　次に具体実施例について説明する。電磁波を照射する細胞としてファイブロブラストを用い、細胞保持部１２に２区画を有するものを用いて、両区画に２つに分けた細胞及び培養液を入れ、一方の区画内の細胞は電磁波照射を行って変化を観測する検体とし、もう一方の区画内の細胞はコントロール用の検体とした。
　そしてこの細胞保持部１２を含む細胞活性度低減装置を照射終了時まで温度３７℃、湿度１００％、ＣＯ2５％に保ったＣＯ2インキュベータ内に設置し続けた。
　また、細胞保持部１２内の細胞を安定させるためにインキュベータ内に設置して７０分間放置した後、細胞保持部１２内の抵抗値の測定を開始し、抵抗値の測定を１０分行った後、５０ＧＨｚの電磁波の電磁波照射を連続点灯で１２０分間行った。
　このときの電磁波照射部２から照射される電磁波の照射強度は約１μＷであり、細胞１５に到達したときの強度は１μＷ～１ｐＷ程度である。
　この時の細胞保持部１２中の抵抗値変化を図６に示す。上記電磁波照射は、図６では８０分～２００分の間に相当する。その後、照射を止めて１２０分（図６では１９０分の位置から３２０分の間に相当する）経過観測を行った。図６に示した抵抗値は、初期値を１とした相対変化量の比で示しているため単位は無い。尚、この抵抗値比は１分間毎にプロットしている。
　図６から明らかなように、電磁波を照射した検体の抵抗値比Ａと、電磁波を照射しなかったコントロール用の検体の抵抗値比Ｂは、電磁波を照射するまではどちらも同じ推移を示した。しかし電磁波を照射して約５分後から、照射側の細胞のみに急激な抵抗値の減少が起りはじめた。その後２０分～２５分程度かけて抵抗値は下がり続け、その後約２０分間抵抗値は下がった状態のままほぼ抵抗値を変化させずに推移した。その後、序々に抵抗値の上昇がみられるが、約１５分後に上昇は停止した。そして照射側の細胞の抵抗値比Ａは、コントロール用の細胞の抵抗値比Ｂと比較して抵抗値自体は低い状態を維持したまま、コントロールの細胞と同様の変化の推移がみられた。
　これより、電磁波の照射で細胞の活性度を低減させることが確認できた。この変化は、突発的な変化でなく経時的に抵抗値が減少しているため、機器のノイズなどによる変化でないことがわかる。
　また、本実施形態では、抵抗値比により細胞の活性度を確認するようにしたが、培養液１６のｐＨ値に基づいてこれを行うようにすることもできる。具体的には、培養液１６のｐＨ値が高くなるとき、細胞の活性度が低下していると判定するようにしてもよい。
　なお、電磁波照射を行って検体の抵抗値比が低下したとき、すなわち、細胞の活性度が低減したとき、培養液１６のｐＨ値は高くなる傾向を示した。
　また、電磁波照射部２として、３０ＧＨｚ～３ＴＨｚ、特に３０～８０ＧＨｚの範囲内で異なる周波数の電磁波を照射しても、程度の違いがあるとはいえ、ほぼ同様の結果を得ることができたのに対し、３０ＧＨｚよりも長い波長の電磁波及び３ＴＨｚよりも短い波長の電磁波を照射した場合は、有意な抵抗値の変化が見られなかった。
　また、パルス点灯においても、有意な抵抗値比の低下を見ることができた。
　なお、本実施形態においては電磁波照射による細胞の活性度の変化を細胞の抵抗値比、または培養液のｐＨ値に基づいて判定するようにしたが、細胞の活性度の変化を判定する方法としてはこれらに限らない。すなわち、電磁波の照射対象となる検体の活性度の変化を経時的に観察できるものであればいずれの方法であってもよい。例えば、検体をＸ線で撮影した画像の視認、検体の部分採取による活性化マーカーの変動測定、及び細胞外に放出される細胞の活性化と対応する因子の測定等が挙げられる。

Claims (4)

  1. 　細胞に周波数３０ＧＨｚ～３ＴＨｚの電磁波を照射させて、前記細胞の活性度を低減させることを特徴とする細胞活性度低減方法。
  2. 　細胞活性度低減用である周波数３０ＧＨｚ～３ＴＨｚの電磁波を照射する電磁波照射手段を有していることを特徴とする細胞活性度低減装置。
  3. 　電磁波の照射対象である細胞または電磁波の照射対象である細胞用の培養液の電気抵抗を測定する電気抵抗測定手段と、該電気抵抗測定手段で測定された電気抵抗値を表示する表示手段とを備えていることを特徴とする請求項２記載の細胞活性度低減装置。
  4. 　電磁波の照射対象である細胞用の培養液のｐＨを測定するｐＨ測定手段と、該ｐＨ測定手段で測定されたｐＨ値を表示する表示手段とを備えていることを特徴とする請求項２または３記載の細胞活性度低減装置。
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