WO2013035739A1 - 温熱治療用材料、温熱治療用システム及び温熱治療方法 - Google Patents

温熱治療用材料、温熱治療用システム及び温熱治療方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2013035739A1
WO2013035739A1 PCT/JP2012/072612 JP2012072612W WO2013035739A1 WO 2013035739 A1 WO2013035739 A1 WO 2013035739A1 JP 2012072612 W JP2012072612 W JP 2012072612W WO 2013035739 A1 WO2013035739 A1 WO 2013035739A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
thermotherapy
fine particles
laser
semiconductor
semiconductor fine
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/072612
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
石川　義弘
江口　晴樹
Original Assignee
株式会社Ihi
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社Ihi filed Critical 株式会社Ihi
Publication of WO2013035739A1 publication Critical patent/WO2013035739A1/ja

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N5/0613—Apparatus adapted for a specific treatment
    • A61N5/0625—Warming the body, e.g. hyperthermia treatment
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K41/00—Medicinal preparations obtained by treating materials with wave energy or particle radiation ; Therapies using these preparations
    • A61K41/0052—Thermotherapy; Hyperthermia; Magnetic induction; Induction heating therapy
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N5/067—Radiation therapy using light using laser light
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B18/00—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body
    • A61B18/18—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves
    • A61B18/20—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser
    • A61B18/203—Surgical instruments, devices or methods for transferring non-mechanical forms of energy to or from the body by applying electromagnetic radiation, e.g. microwaves using laser applying laser energy to the outside of the body
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F7/00—Heating or cooling appliances for medical or therapeutic treatment of the human body
    • A61F2007/0088—Radiating heat
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
    • A61N5/00—Radiation therapy
    • A61N5/06—Radiation therapy using light
    • A61N2005/0635—Radiation therapy using light characterised by the body area to be irradiated
    • A61N2005/0642—Irradiating part of the body at a certain distance

Definitions

  • the present invention relates to a thermotherapy material heated by laser light irradiation, a thermotherapy system, and a thermotherapy method.
  • thermotherapy has been used as one of cancer treatment methods for a long time, and in recent years, a method of locally heating only tumor tissue has been introduced.
  • the method of heating iron oxide microparticles with a high-frequency magnetic field is more effective than conventional thermotherapy methods in which the affected area is heated with hot water or the like, because it heats only where magnetic microparticles such as iron oxide are present. It is attracting attention as being one of the following.
  • a tumor therapeutic agent used for such treatment for example, a tumor therapeutic agent composed of a monoclonal antibody against tumor cells bound with carbon that generates heat and rises temperature by high-frequency heating has been introduced (for example, Patent Document 1). reference).
  • a magnetosensitive heating element mainly composed of fine particles of iron-based oxide having a relative permeability of 100 to 2000 to be disposed inside the living body and a magnetic flux passing through the living body by being disposed outside the living body.
  • a living body internal heating device including an alternating magnetic field generating device capable of performing the same has also been introduced (see, for example, Patent Document 2).
  • a magnetic fine particle used for hyperthermia of tumors one end of a cross-linking agent in which two types of bifunctional cross-linking agents are sequentially bonded to the surface of colloidal magnetite that generates heat by absorbing electromagnetic waves to form a long molecular chain. And the other end of the cross-linking agent is reacted with an antibody that selectively binds to cancer cells, and magnetically bound magnetic fine particles have been introduced (see, for example, Patent Document 3).
  • thermotherapy agent containing a complex of dextran and a metal magnetic substance or a metal compound magnetic substance as an active ingredient has been introduced (for example, see Patent Document 4).
  • a drug delivery system that is a drug delivery method
  • a magnetic particle-containing pharmaceutical for treatment such as CT (computed tomography) diagnosis and thermotherapy used in X-rays and MRI (magnetic resonance)
  • a magnetic particle-containing medicine composed of magnetic iron oxide fine particles having an average particle diameter of 5 to 30 nm and having a frozen form is also introduced (see, for example, Patent Document 5).
  • the calorific value for the high frequency magnetic field can be controlled, and the iron oxide magnetic fine particles that can be industrially developed for the purpose of thermotherapy and the medical use using the same Preparations are also introduced (see, for example, Patent Document 6).
  • the above-mentioned conventional magnetic fine particles and magnetic iron oxide fine particles are solidified into chips so that they can be embedded in dispersions and gels that are variously processed using submicron-sized particles as particles that can be injected into the living body. Things are used.
  • the calorific value of the medium is directly related to the heating temperature for the tumor tissue or normal tissue, so the calorific value of the medium needs to be accurately controlled. Specifically, for example, if the calorific value of the medium is too small, the tumor tissue is insufficiently heated, making it difficult to perform effective treatment. On the other hand, if the amount of heat generated by the medium is too large, overheating of normal tissues may occur, which may cause burns. Therefore, the calorific value of the medium is a very critical condition.
  • submicron-sized magnetic fine particles and iron oxide magnetic particles such as those described above have different responsiveness to the applied high-frequency magnetic field and have different calorific values, even if the particle diameter and magnetic properties are controlled. It is difficult to accurately control the amount of heat generated.
  • the high-frequency coil used to heat the magnetic fine particles described in Patent Document 5 is a device that is not normally used in medical institutions, it is difficult for medical personnel to handle magnetic fine particles from the viewpoint of equipment. It is also difficult.
  • Patent Document 6 describes that the amount of generated heat is controlled by irradiating magnetic iron oxide fine particles, which are the main components of a thermosensitive magnetic heating element for thermal therapy, with an alternating magnetic field. However, no consideration is given to accurately controlling the amount of heat generated.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a thermotherapy material and a thermotherapy system capable of accurately controlling the amount of heat generated by irradiating a laser. .
  • the present invention mainly comprises semiconductor fine particles heated by laser irradiation, the semiconductor fine particles have a core-shell structure, the core diameter exceeds 50 nm, and the shell thickness is
  • the present invention provides a thermotherapy material having a thickness exceeding 10 nm.
  • thermotherapy material can have a core diameter of 400 nm or less and a shell thickness of 100 nm or less.
  • the core diameter is less than 50 nm, there is a high possibility that the temperature will not reach 42 ° C., which is suitable for killing cancer cells. If the shell thickness is less than 10 nm, the core is adequately protected. Difficult to manufacture and difficult to manufacture. On the other hand, if the core diameter exceeds 400 nm, the temperature at which heat is generated increases, and there is a high possibility that it will adversely affect normal cells. If the thickness of the shell exceeds 100 nm, it becomes difficult to transmit the core heat generation to the cells. .
  • semiconductor fine particles heated by laser irradiation are the main components, and the mixing ratio of the main components and subcomponents other than the main components is 20:80 to 70:30. It is intended to provide a material for hyperthermia treatment.
  • the mixing ratio of the main component and the subcomponent can be more preferably 40:60 to 50:50.
  • the content of the semiconductor fine particles (main component) is less than 20% with respect to the whole thermotherapy material, there is a high possibility that the temperature will not reach 42 ° C., which is a temperature suitable for killing cancer cells.
  • the content of the fine particles (main component) exceeds 70% with respect to the whole material for thermotherapy, the possibility of exceeding 45 ° C. and adversely affecting normal cells is increased.
  • thermotherapy materials are heated by a laser emitted from a laser generator that is usually installed in a medical institution, for example, and thus can be easily used for thermotherapy without preparing a special device. be able to.
  • Examples of the material for the semiconductor fine particles include group I elements such as copper (Cu) and gold (Au) and group VII elements such as fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br), and iodine (I).
  • Group I-VII semiconductors Group II elements such as zinc (Zn), cadmium (Cd), mercury (Hg), and VI (such as oxygen (O), sulfur (S), selenium (Se), tellurium (Te)) II-VI group semiconductors composed of group elements; group III elements such as aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), etc., and nitrogen (N), phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb)
  • Group III-V semiconductors composed of Group V elements such as: Group IV semiconductors composed of Group IV elements such as carbon (C), silicon (si), germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb); silicon ( si), group IV elements such as germanium (Ge), tin (Sn), lead
  • a group III-V semiconductor having a strong bond between atoms is preferable from the viewpoint of stability, a semiconductor made of indium arsenide (InAs) element exhibiting infrared emission, a semiconductor made of indium antimony (InSb) element, And mixed crystals thereof are particularly preferred.
  • InAs indium arsenide
  • InSb indium antimony
  • thermotherapy material according to the present invention may contain additives, binders, dispersants, hydrophilic compounds for improving water solubility, dyes, medicinal ingredients, and the like in addition to semiconductor fine particles (main component).
  • the wavelength of the laser applied to the thermotherapy material according to the present invention includes the type of semiconductor fine particles as the main component, the type of components (subcomponents) other than the semiconductor fine particles, the amount of heat treatment material used and the main components. Although it varies depending on the content ratio between and the subcomponent, it can be 0.2 to 10 ⁇ m, preferably 0.3 to 0.5 ⁇ m.
  • the semiconductor fine particles may have a core / shell structure including a core and a shell (a material different from the core) covering the core.
  • a core / shell structure including a core and a shell (a material different from the core) covering the core.
  • the materials described above as the material of the semiconductor fine particles can be suitably used.
  • a group III-V semiconductor having a strong bond between atoms is preferable from the viewpoint of stability, a semiconductor made of indium arsenide (InAs) element exhibiting infrared emission, a semiconductor made of indium antimony (InSb) element, And mixed crystals thereof are particularly preferred.
  • the material constituting the core / shell structure is preferably a material having a larger band gap than the core.
  • Examples of the material constituting such a shell include a group I-VII semiconductor, a group II-VI semiconductor, a group III-V semiconductor, a group IV semiconductor, and a group IV-VI semiconductor.
  • Semiconductors made of elements, semiconductors made of gallium nitride (GaN) elements, semiconductors made of carbonized silicon (SiC) elements, and mixed crystals thereof are particularly preferred.
  • the material which has a larger band gap than the material selected as a core material even if it is a case where it selects from the above as a material which comprises a shell, it is preferable to select the material which has a larger band gap than the material selected as a core material.
  • the relationship between the core diameter and the shell thickness can be 20:80 to 70:30, more preferably 50:50 to 60:40. . If the ratio of the shell thickness to the core diameter exceeds 70%, the temperature rises and the possibility of adversely affecting normal cells increases, and if the shell thickness to the core diameter is less than 30%, There is a high possibility that problems such as rapid temperature rise and biocompatibility will increase.
  • the semiconductor fine particles are preferably semiconductor microcrystals having a particle size of the order of nanometers.
  • the band gap changes due to the quantum confinement effect. Therefore, the emission wavelength can be controlled by controlling the particle diameter of the semiconductor fine particles to be on the order of nanometers.
  • the “nanometer order” as used in the present invention is a dimension that can be expressed in nanometer units, preferably 1 nm to 900 nm, more preferably 1 nm to 100 nm. That means.
  • the semiconductor fine particles are made of a semiconductor material, the electron levels are spread in a band shape, and light absorption can be performed in a wide wavelength range. Characteristics can be shown.
  • a semiconductor is also called colloidal particles, nanoparticles, quantum dots, or the like.
  • the present invention provides a thermotherapy system that introduces the thermotherapy material according to the present invention into an affected area and irradiates the introduced thermotherapy material with a laser.
  • thermotherapy system can include a laser generator that irradiates a laser and an insertion device that introduces the thermotherapy material into the affected area.
  • a laser generator that irradiates a laser
  • an insertion device that introduces the thermotherapy material into the affected area.
  • examples of the means for introducing the thermotherapy material into the affected area include arterial injection and application.
  • thermotherapy system can heat a thermotherapy material introduced into an affected area with, for example, a laser emitted from a laser generator normally installed in a medical institution or the like. Heat treatment can be easily performed without preparing it separately.
  • the present invention also provides a thermotherapy method comprising the steps of introducing the thermotherapy material according to the present invention into an affected area and irradiating the thermotherapy material introduced into the affected area with a laser. is there.
  • thermotherapy material introduced into the affected area can be heated by, for example, a laser emitted from a laser generator normally installed in a medical institution or the like. Heat treatment can be easily performed without preparation.
  • thermotherapy material a thermotherapy system, and a thermotherapy method capable of accurately controlling the amount of heat generated by irradiating a laser.
  • Example 1 Indium arsenide (InAs) / structure in which the surface of a semiconductor (core) made of indium arsenide (InAs) element having a particle diameter of 55 nm is covered with a semiconductor (shell) made of zinc sulfide (ZnS) element having a thickness of 15 nm Zinc sulfide (ZnS) semiconductor fine particles were synthesized.
  • the synthesis of the semiconductor fine particles is, for example, a known method represented by a hot soap method described in JP-A-2005-325419 or a reverse micelle method described in JP-A-2006-315923. It can be done by a method.
  • thermotherapy material mainly composed of indium arsenide (InAs) / zinc sulfide (ZnS) semiconductor fine particles synthesized in Example 1 is irradiated from a laser generator that is permanently installed in a general medical institution.
  • This heat can be easily controlled by selecting the laser irradiation time, laser wavelength, pulse period, laser output, etc. It was confirmed that it was possible.
  • Example 1 indium arsenide (InAs) / zinc sulfide (ZnS) semiconductor fine particles synthesized in Example 1 into the affected part, 100 mg of physiological saline was mixed with 10 mg of the semiconductor fine particles to prepare an injection solution.
  • InAs indium arsenide
  • ZnS zinc sulfide
  • thermotherapy system 1 shown in FIG. 1 includes a laser generator 10 and a venous syringe 20 for introducing the injection solution produced in Example 1 into an affected area.
  • the laser generator 10 irradiates the semiconductor particles (thermotherapy material) contained in the injection solution introduced into the affected area 50 (intravenous injection) by the intravenous syringe 20 with the laser 40.
  • Example 1 when the above-mentioned erbium YAG laser was used as the laser generator 10 and a laser with a wavelength of 2.94 ⁇ m was irradiated for 1 minute, the temperature rose from 20 ° C. to 43 ° C. Thereafter, when this laser 40 was continuously irradiated for 30 minutes, a temperature of 42 ° C. ⁇ 1.5 ° C. could be maintained.
  • the injection solution mainly composed of indium arsenide (InAs) / zinc sulfide (ZnS) semiconductor fine particles synthesized in Example 1 is intravenously injected into the affected area 50, and the semiconductor contained in the introduced injection solution By irradiating the fine particles with the laser 40 emitted from the laser generator 10, the semiconductor fine particles generate heat, and the amount of generated heat can be easily controlled in the same manner as described above. It was confirmed that
  • Example 1 intravenous injection was used as a method for introducing semiconductor fine particles (thermotherapy material) into the affected area.
  • the present invention is not limited to this, and semiconductor fine particles (thermotherapy material) are applied to the affected area. May be introduced.
  • Example 2 InSb / ZnO semiconductor fine particles having a structure in which the surface of a semiconductor (core) made of InSb element having a particle diameter of 400 nm was covered with a semiconductor (shell) made of ZnO element having a thickness of 100 nm were synthesized by the same method as described above. Then, when the laser similar to Example 1 was used and the laser with a wavelength of 2.94 micrometers was irradiated for 1 minute, temperature rose from 20 degreeC to 43 degreeC. Thereafter, when this laser was continuously irradiated for 5 minutes, a temperature of 42 ° C. ⁇ 1 ° C. could be maintained.
  • thermotherapy material mainly composed of the InSb / ZnO semiconductor fine particles synthesized in Example 3 generates heat by a laser irradiated from a laser generator permanently installed in a general medical institution. Therefore, it was confirmed that it can be suitably used for hyperthermia treatment.
  • the injection solution prepared in Example 3 is introduced into the affected area 50, and semiconductor fine particles (heat temperature) contained in the injected solution introduced into the affected area 50 (intravenous injection).
  • the temperature rose from 20 ° C. to 43 ° C. Thereafter, when this laser was continuously irradiated for 1 minute, a temperature of 42 ° C. ⁇ 1 ° C. could be maintained.
  • the injection liquid mainly composed of InSb / ZnO semiconductor fine particles synthesized in Example 3 is intravenously injected into the affected area 50, and the semiconductor fine particles contained in the introduced injection liquid are irradiated from the laser generator 10.
  • the semiconductor fine particles generate heat, and the amount of generated heat can be easily controlled in the same manner as described above. Therefore, it was confirmed that the semiconductor fine particles can be suitably used for thermotherapy.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Pharmacology & Pharmacy (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Medicines That Contain Protein Lipid Enzymes And Other Medicines (AREA)
  • Thermotherapy And Cooling Therapy Devices (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)

Abstract

　レーザーを照射することで発熱量を正確に制御することが可能な温熱治療用材料、温熱治療用システム及び温熱治療方法を提供する。レーザーの照射によって加温される半導体微粒子を主成分とする温熱治療用材料である。また、レーザー発生装置から出射されたレーザーを、前記患部に導入された温熱治療用材料に照射する温熱治療用システム及び温熱治療方法である。

Description

温熱治療用材料、温熱治療用システム及び温熱治療方法
　本発明は、レーザー光照射により加温される温熱治療用材料、温熱治療用システム及び温熱治療方法に関する。
　従来から、がんの治療方法の一つとして、温熱療法が古くから使用されており、近年では、局所的に腫瘍組織のみを加温する方法が紹介されている。特に酸化鉄微粒子を高周波磁場により加温する方法は、従来の患部をお湯等で加温する温熱治療方法に比べ、酸化鉄等の磁性微粒子が存在するところだけ加温することから有効な温熱療法の一つであるとして注目を集めている。
　このような治療に使用される腫瘍治療剤として、例えば、高周波加熱により発熱、昇温する炭素を結合させた、腫瘍細胞に対するモノクローナル抗体からなる腫瘍治療剤が紹介されている（例えば、特許文献１参照）。
　また、生体内部に配置されるべき、比透磁率が１００～２０００の鉄系酸化物の微粒子を主成分とする感磁発熱体と、生体外部に配置して生体内部を通る磁束を形成することのできる交番磁界発生装置と、を備えた生体内部加熱装置も紹介されている（例えば、特許文献２参照）。
　そしてまた、腫瘍の温熱療法に使用する磁性微粒子として、電磁波を吸収して発熱するコロイド状マグネタイトの表面に２種類の二官能性架橋剤が順に結合して長い分子鎖となった架橋剤の一端が結合し、当該架橋剤の他端には、がん細胞に選択的に結合する抗体を反応させ、結合した磁性微粒子が紹介されている（例えば、特許文献３参照）。
　また、デキストランと金属磁性体または金属化合物磁性体との複合体を有効成分として含有する温熱療法用剤も紹介されている（例えば、特許文献４参照）。
　さらにまた、医療技術分野において、薬物の送達法であるドラッグデリバリー システム、レントゲンやＭＲＩ（磁気共鳴）等で用いられるＣＴ（計算断層像法）診断及び温熱治療法等の治療用の磁性粒子含有医薬として、平均粒径が５～３０ｎｍの磁性酸化鉄微粒子からなり、その形態が凍結体である磁性粒子含有医薬も紹介されている（例えば、特許文献５参照）。
　また、酸化鉄磁性微粒子の粒子径及び比表面積を設定することにより、高周波磁場に対する発熱量をコントロールでき、温熱療法を目的とした工業的に開発可能な酸化鉄磁性微粒子及びそれを用いた医療用製剤も紹介されている（例えば、特許文献６参照）。
特公平７－５５９１０号公報 特開平１１－５７０３１号公報 特許第３１０２００７号公報 特許第２８４７７８９号公報 特開２００６－３４７９４９号公報 特開２００９－２３４９２３号公報
　前述した従来の磁性微粒子や磁性酸化鉄微粒子は、生体内へ注入可能な粒子として、サブミクロンサイズの粒子を用いて様々に加工された分散物やゲル、または埋設できるようにチップ状に固めたものが用いられている。
　ここで、温熱療法を実施するにあたり、媒体の発熱量は、腫瘍組織や正常組織に対する加温温度に直接関係するため、媒体の発熱量は正確にコントロールする必要がある。具体的には、例えば、媒体の発熱量が小さ過ぎると腫瘍組織に対する加温不足が生じ、効果的な治療を行うことが困難になる。一方、媒体の発熱量が大きすぎると正常組織に対する過加温が生じ、熱傷の原因となりうる虞がある。したがって、媒体の発熱量は、非常にクリテイカルな条件となる。
　しかしながら、前述したようなサブミクロンサイズの磁性微粒子や酸化鉄磁性粒子は、粒子径及び磁気特性をコントロールしたとしても、負荷される高周波磁場に対する反応性が異なり、発熱量が異なってしまうため、これらの発熱量を正確にコントロールすることが困難である。
　また、磁性微粒子のヒステリシス発熱による発熱量は、微粒子の粒子径に影響されることが知られているが、磁気特性による直接的な発熱量を得ることは困難である。
　そしてまた、サブミクロンサイズの粒子は全体の粒子径分布を評価することが難しく、通常用いられる透過電子顕微鏡での観察や光散乱法を用いた粒子径の評価だけでは、磁性微粒子の高周波磁場に対する発熱量を制御する上で十分な指標とすることは困難である。
　さらにまた、特許文献５に記載されている磁性微粒子を発熱させるために使用する高周波コイルは、通常、医療機関では用いない装置であるため、医療従事者にとって磁性微粒子を扱うことは設備の面からも困難である。
　また、特許文献６には、温熱治療用感磁性発熱体の主成分である磁性酸化鉄微粒子に交流磁場を照射することで発熱量を制御することが記載されているが、レーザーを照射することで発熱量を正確に制御することについては何ら考慮がなされていない。
　本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、レーザーを照射することで発熱量を正確に制御することが可能な温熱治療用材料及び温熱治療用システムを提供することを目的とする。
　この目的を達成するため本発明は、レーザーの照射によって加温される半導体微粒子を主成分とし、前記半導体微粒子はコア・シェル構造を有し、コアの径が５０ｎｍを超え、シェルの厚さが１０ｎｍを超えてなる温熱治療用材料を提供するものである。
　また、この温熱治療用材料は、前記コアの径を４００ｎｍ以下、シェルの厚さを１００ｎｍ以下とすることができる。
　コアの径が５０ｎｍ未満であると、がん細胞を殺傷することに適した温度である４２℃に到達しない可能性が高くなり、シェルの厚さが１０ｎｍ未満であると、コアを適切に保護することが困難になると共に、製造が難しくなる。一方、コアの径が４００ｎｍを超えると、発熱する温度が高くなり、常細胞にも悪影響を与える可能性が高くなり、シェルの厚さが１００ｎｍを超えると、コアの発熱を細胞に伝え難くなる。
　そしてまた、本発明は、レーザーの照射によって加温される半導体微粒子を主成分とし、前記主成分と、当該主成分以外の成分である副成分との混合割合が、２０：８０～７０：３０である温熱治療用材料を提供するものである。
　また、この温熱治療用材料は、前記主成分と前記副成分との混合割合が、より好ましくは、４０：６０～５０：５０とすることができる。
　半導体微粒子（主成分）の含有量が、温熱治療用材料全体に対し２０％未満であると、がん細胞を殺傷することに適した温度である４２℃に到達しない可能性が高くなり、半導体微粒子（主成分）の含有量が、温熱治療用材料全体に対し７０％を超えると、４５℃を超え正常細胞にも悪影響を与える可能性が高くなる。
　これらの温熱治療用材料は、例えば、医療機関等に通常設置されているレーザー発生装置から照射されるレーザーによって加温されるため、特別な装置を別途用意することなく、温熱治療に簡単に用いることができる。
　前記半導体微粒子の材料としては、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）等のＩ族元素と、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、臭素（Ｂｒ）、よう素（Ｉ）等のVII族元素からなるＩ－VII族半導体；亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、水銀（Ｈｇ）等のII族元素と、酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）等のVI族元素からなるII－VI族半導体；アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）等のIII族元素と、窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）等のＶ族元素からなるIII－Ｖ族半導体；炭素（Ｃ）、ケイ素（ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）等のIV族元素からなるIV族半導体；ケイ素（ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）等のIV族元素と、酸素（Ｏ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）等のVI族元素からなるIV－VI族半導体；及びこれらの混晶が挙げられる。これらのなかでも、原子間の結合が強いIII－Ｖ族半導体が安定性の観点から好ましく、赤外発光を示すヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）元素からなる半導体、インジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）元素からなる半導体、及びこれらの混晶が特に好ましい。
　本発明に係る温熱治療用材料は、半導体微粒子（主成分）の他、添加剤、バインダ、分散剤、水溶性を向上させるための親水性化合物、色素、薬効成分等を含有することができる。
　そしてまた、本発明に係る温熱治療用材料に照射するレーザーの波長は、主成分である半導体微粒子の種類や半導体微粒子以外の成分（副成分）の種類、温熱治療用材料の使用量や主成分と副成分との含有比率等によって異なるが、０．２～１０μｍ、好ましくは、０．３～０．５μｍとすることができる。
　また、前記半導体微粒子は、コアと当該コアを被覆するシェル（コアとは異なる材料）からなるコア・シェル構造を有することができる。半導体微粒子をこのようなコア・シェル構造とすることで、急激な温度上昇、生体親和性等のコアが外界から受ける影響をシェルによって緩和させることができる。したがって、温熱治療用材料の耐久性をさらに向上させることができる。
　前記コア・シェル構造のコアを構成する材料としては、半導体微粒子の材料として前述した材料を好適に使用することができる。これらのなかでも、原子間の結合が強いIII－Ｖ族半導体が安定性の観点から好ましく、赤外発光を示すヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）元素からなる半導体、インジウムアンチモン（ＩｎＳｂ）元素からなる半導体、及びこれらの混晶が特に好ましい。
　前記コア・シェル構造のシェルを構成する材料としては、コアよりも大きいバンドギャップを有するものが好ましい。このようなシェルを構成する材料としては、例えば、Ｉ－VII族半導体、II－VI族半導体、III－Ｖ族半導体、IV族半導体、IV－VI族半導体等が挙げられる。これらのなかでも、塩化銅（ＣｕＣｌ）元素からなる半導体、酸化亜鉛（ＺｎＯ）元素からなる半導体、硫化亜鉛（ＺｎＳ）元素からなる半導体、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）元素からなる半導体、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）元素からなる半導体、窒化ガリウム（ＧａＮ）元素からなる半導体、炭素化シリコン（ＳｉＣ）元素からなる半導体、及びこれらの混晶が特に好ましい。なお、シェルを構成する材料として、上記の中から選択する場合であっても、コア材料として選択された材料よりも大きいバンドギャップを有する材料を選択することが好ましい。
　また、前記半導体微粒子がコア・シェル構造を有する場合、コアの径とシェルの厚さとの関係は、２０：８０～７０：３０、より好ましくは、５０：５０～６０：４０とすることができる。コアの径に対するシェルの厚さの割合が７０％を超えると、温度が高く上昇し正常細胞に悪影響を及ぼす可能性が高くなり、コアの径に対するシェルの厚さが３０％未満であると、急激な温度上昇、生体親和性等の問題が大きくなる可能性が高くなる。
　そしてまた、前記半導体微粒子は、粒子径がナノメートルオーダー程度の半導体微結晶であることが好ましい。一般に、半導体結晶をナノメートルオーダーまで小さくすると、量子閉じ込め効果により、バンドギャップが変化する。したがって、半導体微粒子の粒子径をナノメートルオーダーとなるように制御することにより、発光波長を制御することが可能となる。なお、本発明でいう「ナノメートルオーダー」とは、ナノメートル単位で表すことが可能な寸法のことであるが、好ましくは、１ｎｍ～９００ｎｍ、より好ましくは、１ｎｍ～１００ｎｍの範囲にある寸法のことをいう。
　また、前記半導体微粒子は、材料が半導体であることから、電子準位がバンド状に広がっており、広い波長範囲で光吸収を行うことができるため、励起波長を選ばない点で非常に優れた特性を示すことができる。なお、このような半導体は、コロイド粒子、ナノ粒子、あるいは量子ドット等とも呼ばれる。
　さらにまた、本発明は、本発明に係る温熱治療用材料を患部に導入し、当該導入された温熱治療用材料にレーザーを照射する温熱治療用システムを提供するものである。
　この温熱治療用システムは、レーザーを照射するレーザー発生装置と、前記温熱治療用材料を患部に導入する挿入装置とを備えることができる。なお、前記温熱治療用材料を患部に導入する手段としては、例えば、動脈注射や塗布等が挙げられる。
　この温熱治療用システムは、患部に導入された温熱治療用材料を、例えば、医療機関等に通常設置されているレーザー発生装置から照射されるレーザーによって加温することができるため、特別な装置を別途用意することなく、温熱治療を簡単に行うことができる。
　そしてまた、本発明は、本発明に係る温熱治療用材料を患部に導入する工程と、前記患部に導入された温熱治療用材料にレーザーを照射する工程とを有する温熱治療方法を提供するものである。
　この温熱治療方法は、患部に導入された温熱治療用材料を、例えば、医療機関等に通常設置されているレーザー発生装置から照射されるレーザーによって加温することができるため、特別な装置を別途用意することなく、温熱治療を簡単に行うことができる。
　本発明によれば、レーザーを照射することで発熱量を正確に制御することが可能な温熱治療用材料、温熱治療用システム及び温熱治療方法を提供することができる。
本発明の実施例１に係る温熱治療用システムを示す模式図である。
（実施例１）
　粒子径が５５ｎｍのヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）元素からなる半導体（コア）の表面を、厚さ１５ｎｍの硫化亜鉛（ＺｎＳ）元素からなる半導体（シェル）で覆った構造のヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）／硫化亜鉛（ＺｎＳ）半導体微粒子を合成した。半導体微粒子の合成は、例えば、特開２００５－３２５４１９号公報等に記載されているホットソープ法や、特開２００６－３１５９２３号公報等に記載されている逆ミセル法に代表されるような公知の方法により行うことができる。
　次に、実施例１で合成したヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）／硫化亜鉛（ＺｎＳ）半導体微粒子に対し、ＪＯＢＩＮ　ＹＶＯＮ社製の蛍光分光光度計（商品名：ＦｌｕｏｒｏＭａｘ－３）を用いて発光特性を測定したところ、ピーク波長が２．９μｍであった。次に、実施例１で合成したヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）／硫化亜鉛（ＺｎＳ）半導体微粒子に対し、一般的な皮膚科や歯科の治療で使用されているエルビウム　ＹＡＧレーザーを用いて、波長：２．９４μｍのレーザーを１分間照射したところ、温度が２０℃から４３℃まで上昇した。その後、このレーザーを５分間照射し続けたところ、４３℃±５℃の温度を維持することができた。
　以上から、実施例１で合成したヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）／硫化亜鉛（ＺｎＳ）半導体微粒子を主成分とする温熱治療用材料は、一般的な医療機関に常設されているレーザー発生装置から照射されるレーザーによって発熱し、この発熱量を、レーザーの照射時間、レーザーの波長、パルス周期、レーザー出力等を選択することにより、簡単に制御することができるため、温熱治療用として好適に用いることができることが確認された。
　次に、実施例１で合成したヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）／硫化亜鉛（ＺｎＳ）半導体微粒子を患部に導入するため、当該半導体微粒子１０ｍｇに生理食塩水１００ｍｌを混合して注射液を作製した。
　次に、図１に示す温熱治療用システム１を用いて以下に示す方法で温熱治療を行った。図１に示す温熱治療用システム１は、レーザー発生装置１０と、実施例１で作製した注射液を患部に導入するための静脈注射器２０を備えている。レーザー発生装置１０は、静脈注射器２０によって患部５０に導入（静脈注射）された注射液に含まれる半導体微粒子（温熱治療用材料）にレーザー４０を照射する。
　なお、実施例１では、レーザー発生装置１０として、前述したエルビウム　ＹＡＧレーザーを用いて、波長：２．９４μｍのレーザーを１分間照射したところ、温度が２０℃から４３℃まで上昇した。その後、このレーザー４０を３０分間照射し続けたところ、４２℃±１．５℃の温度を維持することができた。
　以上から、実施例１で合成したヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）／硫化亜鉛（ＺｎＳ）半導体微粒子を主成分とする注射液を静脈注射して患部５０に導入し、導入された注射液に含まれる半導体微粒子にレーザー発生装置１０から照射されるレーザー４０を照射することで、前記半導体微粒子が発熱し、この発熱量を上記と同様に簡単に制御することができるため、温熱治療用として好適に用いることができることが確認された。
　なお、実施例１では、患部に半導体微粒子（温熱治療用材料）を導入する方法として、静脈注射を用いたが、これに限らず、半導体微粒子（温熱治療用材料）は、患部に塗布することにより導入してもよい。
（実施例２）
　粒子径が４００ｎｍのＩｎＳｂ元素からなる半導体（コア）の表面を、厚さ１００ｎｍのＺｎＯ元素からなる半導体（シェル）で覆った構造のＩｎＳｂ／ＺｎＯ半導体微粒子を、上記と同様の方法で合成した。その後、実施例１と同様のレーザーを用いて、波長：２．９４μｍのレーザーを１分間照射したところ、温度が２０℃から４３℃まで上昇した。その後、このレーザーを５分間照射し続けたところ、４２℃±１℃の温度を維持することができた。
　以上から、実施例３で合成したＩｎＳｂ／ＺｎＯ半導体微粒子を主成分とする温熱治療用材料は、一般的な医療機関に常設されているレーザー発生装置から照射されるレーザーによって発熱し、この発熱量を簡単に制御することができるため、温熱治療用として好適に用いることができることが確認された。
　次に、実施例３で合成したＩｎＳｂ／ＺｎＯ半導体微粒子を患部に導入するため、当該半導体微粒子１０ｍｇに生理食塩水１００ｍｌを混合して注射液を作製した。
　次に、図１に示す温熱治療用システム１を用いて、実施例３で作製した注射液を患部５０に導入し、患部５０に導入（静脈注射）された注射液に含まれる半導体微粒子（温熱治療用材料）に、波長：２．９４μｍのレーザーを１分間照射したところ、温度が２０℃から４３℃まで上昇した。その後、このレーザーを１分間照射し続けたところ、４２℃±１℃の温度を維持することができた。
　以上から、実施例３で合成したＩｎＳｂ／ＺｎＯ半導体微粒子を主成分とする注射液を静脈注射して患部５０に導入し、導入された注射液に含まれる半導体微粒子にレーザー発生装置１０から照射されるレーザー４０を照射することで、前記半導体微粒子が発熱し、この発熱量を上記と同様に簡単に制御することができるため、温熱治療用として好適に用いることができることが確認された。

Claims (9)

  1. 　レーザーの照射によって加温される半導体微粒子を主成分とし、
    　前記半導体微粒子はコア・シェル構造を有し、
    　コアの径が５０ｎｍを超え、シェルの厚さが１０ｎｍを超えてなる温熱治療用材料。
  2. 　前記コアの径が４００ｎｍ以下、シェルの厚さが１００ｎｍ以下である請求項１記載の温熱治療用材料。
  3. 　レーザーの照射によって加温される半導体微粒子を主成分とし、
    　前記主成分と、当該主成分以外の成分である副成分との混合割合が、２０：８０～７０：３０である温熱治療用材料。
  4. 　前記半導体微粒子はIII－Ｖ族半導体からなる請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の温熱治療用材料。
  5. 　前記シェルを構成する材料は、前記コアを構成する材料よりも大きいバンドギャップを有する請求項４記載の温熱治療用材料。
  6. 　前記半導体微粒子は粒子径がナノメートルオーダーの半導体微結晶からなる請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の温熱治療用材料。
  7. 　請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の温熱治療用材料を患部に導入し、当該導入された温熱治療用材料にレーザーを照射する温熱治療用システム。
  8. 　前記レーザーを照射するレーザー発生装置と、
    　前記温熱治療用材料を患部に導入する導入装置と、
    　を備えた請求項７記載の温熱治療用システム。
  9. 　請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の温熱治療用材料を患部に導入する工程と、
    　前記患部に導入された温熱治療用材料にレーザーを照射する工程と、
    　を有する温熱治療方法。
PCT/JP2012/072612 2011-09-05 2012-09-05 温熱治療用材料、温熱治療用システム及び温熱治療方法 WO2013035739A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011193270 2011-09-05
JP2011-193270 2011-09-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013035739A1 true WO2013035739A1 (ja) 2013-03-14

Family

ID=47832184

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2012/072612 WO2013035739A1 (ja) 2011-09-05 2012-09-05 温熱治療用材料、温熱治療用システム及び温熱治療方法

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2013035739A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015178470A (ja) * 2014-03-19 2015-10-08 株式会社Ihi 磁性微粒子制御システム
EP3003190A4 (en) * 2013-06-05 2016-04-13 Purdue Research Foundation PLASMONIC NANOPARTICLES BASED ON TITANIUM NITRIDE FOR CLINICAL THERAPEUTIC APPLICATIONS

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003522149A (ja) * 2000-02-08 2003-07-22 ライスユニバーシティ 治療法および診断法において使用される光学活性なナノ粒子
JP2005538033A (ja) * 2001-12-04 2005-12-15 ナノスペクトラ バイオサイエンセズ，インク． 過剰なあるいは不適切な新脈管形成によって特徴付けられる病状の治療
JP2006034375A (ja) * 2004-07-22 2006-02-09 Toin Gakuen 光線力学的治療剤
JP2007536356A (ja) * 2004-05-10 2007-12-13 ナノビオティックス 活性化可能な粒子、調製、および使用
JP2008519014A (ja) * 2004-11-05 2008-06-05 ナノビオティックス 細胞内ターゲティングエレメントを含んでなるナノ粒子、その調製および使用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003522149A (ja) * 2000-02-08 2003-07-22 ライスユニバーシティ 治療法および診断法において使用される光学活性なナノ粒子
JP2005538033A (ja) * 2001-12-04 2005-12-15 ナノスペクトラ バイオサイエンセズ，インク． 過剰なあるいは不適切な新脈管形成によって特徴付けられる病状の治療
JP2007536356A (ja) * 2004-05-10 2007-12-13 ナノビオティックス 活性化可能な粒子、調製、および使用
JP2006034375A (ja) * 2004-07-22 2006-02-09 Toin Gakuen 光線力学的治療剤
JP2008519014A (ja) * 2004-11-05 2008-06-05 ナノビオティックス 細胞内ターゲティングエレメントを含んでなるナノ粒子、その調製および使用

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3003190A4 (en) * 2013-06-05 2016-04-13 Purdue Research Foundation PLASMONIC NANOPARTICLES BASED ON TITANIUM NITRIDE FOR CLINICAL THERAPEUTIC APPLICATIONS
JP2015178470A (ja) * 2014-03-19 2015-10-08 株式会社Ihi 磁性微粒子制御システム

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Huang et al. Design and functionalization of the NIR-responsive photothermal semiconductor nanomaterials for cancer theranostics
Huang et al. Boosting the radiosensitizing and photothermal performance of Cu2–x Se nanocrystals for synergetic radiophotothermal therapy of orthotopic breast cancer
Sharma et al. Nanoparticles-based magnetic and photo induced hyperthermia for cancer treatment
Jaque et al. Nanoparticles for photothermal therapies
Yang et al. Ratiometric afterglow nanothermometer for simultaneous in situ bioimaging and local tissue temperature sensing
Das et al. Boosted hyperthermia therapy by combined AC magnetic and photothermal exposures in Ag/Fe3O4 nanoflowers
Huang et al. Applications of gold nanorods for cancer imaging and photothermal therapy
Yang et al. Au‐Doped Ag2Te Quantum Dots with Bright NIR‐IIb Fluorescence for In Situ Monitoring of Angiogenesis and Arteriogenesis in a Hindlimb Ischemic Model
Kim et al. Synthesis and biomedical applications of multifunctional nanoparticles
Etemadi et al. Magnetic fluid hyperthermia based on magnetic nanoparticles: Physical characteristics, historical perspective, clinical trials, technological challenges, and recent advances
Espinosa et al. Can magneto-plasmonic nanohybrids efficiently combine photothermia with magnetic hyperthermia?
Liu et al. Copper chalcogenide materials as photothermal agents for cancer treatment
Li et al. Gold-nanoparticle-enhanced cancer photothermal therapy
Zhou et al. Simultaneous multimodal imaging and photothermal therapy via renal-clearable manganese-doped copper sulfide nanodots
Yu et al. Dopant-dependent crystallization and photothermal effect of Sb-doped SnO 2 nanoparticles as stable theranostic nanoagents for tumor ablation
US9289491B2 (en) Method and composition for hyperthermally treating cells
Shao et al. Multifunctional lanthanide-doped core/shell nanoparticles: integration of upconversion luminescence, temperature sensing, and photothermal conversion properties
US8999294B2 (en) Nanoparticles for use in tumor diagnosis and therapy
Jiang et al. Nanomaterial-based CT contrast agents and their applications in image-guided therapy
Ribeiro et al. Nanomaterials in cancer: Reviewing the combination of hyperthermia and triggered chemotherapy
Cantarano et al. Autofluorescence-free in vivo imaging using polymer-stabilized Nd3+-doped YAG nanocrystals
Abdelhamid Laser assisted synthesis, imaging and cancer therapy of magnetic nanoparticles
Jiao et al. Semiconductor nanocrystals emitting in the second near‐infrared window: optical properties and application in biomedical imaging
Syu et al. Co-precipitation synthesis of near-infrared iron oxide nanocrystals on magnetically targeted imaging and photothermal cancer therapy via photoablative protein denature
WO2013035739A1 (ja) 温熱治療用材料、温熱治療用システム及び温熱治療方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12830030

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12830030

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP