WO2016076405A1 - 細胞活性化装置 - Google Patents

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WO2016076405A1
WO2016076405A1 PCT/JP2015/081911 JP2015081911W WO2016076405A1 WO 2016076405 A1 WO2016076405 A1 WO 2016076405A1 JP 2015081911 W JP2015081911 W JP 2015081911W WO 2016076405 A1 WO2016076405 A1 WO 2016076405A1
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light source
effective
wavelength
infrared rays
temperature
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PCT/JP2015/081911
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French (fr)
Inventor
博基 島
Original Assignee
博基 島
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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

Definitions

  • the present invention relates to a cell activation device (cancer treatment device).
  • cancer treatment device cancer treatment device
  • the present invention relates to a cell activation device that acts on cancer cells and surrounding cells, activates a gene repair mechanism inherent in the cells, suppresses the growth of cancer cells, and extinguishes cancer cells.
  • Patent Documents 1 to 6 Technology relating to thermotherapy is known as a non-invasive cancer treatment method.
  • Patent Documents 1 to 6 based on the theory that cancer cells are vulnerable to high temperatures, it is a technique that irradiates the affected part or the whole body with infrared rays that mainly act as heat rays, and raises the body temperature of the deep part of the affected part to about 41 ° C. to 42 ° C. It is said that it is necessary.
  • the patient is put in a capsule container with the whole body other than the head, and the whole body other than the patient's head is heated by radiant heat from the infrared irradiation means and conduction heat from the air in the sealed container,
  • the deep body temperature of the affected area is allowed to reach 41.0 ° C. to 42.5 ° C. in a short time.
  • the cell temperature rises to 41.0 ° C. or higher, the DNA activity of the cell stops. Therefore, the therapy described in the literature has a problem in that the temperature of the affected area is increased to 41.0 ° C. or higher, and both cancer cells and normal cells are destroyed.
  • Patent Documents 1 to 3 above are techniques for treating cancer by warming the affected part by infrared heating to improve blood circulation, or by strongly heating the affected part to the deep part to heat the blood. Then, there is a problem that the purpose of cancer treatment cannot be achieved.
  • the treatment time is limited to about 1 hour, and there is a risk of causing a physical burden that does not stand up for several days after the treatment or a disorder such as low-temperature burns. Moreover, since the absorption wavelength of water exists in the vicinity of the central wavelength of 5 ⁇ m of the infrared rays used, there is a risk that the infrared rays irradiated in the vicinity of the infrared rays are absorbed and do not work effectively on cancer cells.
  • Patent Documents 1 to 3 provide means for applying infrared radiant heat to the human body for the purpose of increasing body temperature.
  • the affected body temperature is increased to 41 ° C. to 42 ° C.
  • the skin temperature rises to 65 ° C. or higher, low temperature burns are caused by prolonged irradiation. Therefore, the treatment time is still limited to about 1 hour.
  • Patent Documents 4 and 5 the purpose is not heating, but a means for producing a heat retaining effect by using spectroscopy using a fine hole is provided. Something to control.
  • the techniques of Patent Documents 4 and 5 are fundamental techniques for realizing the above-mentioned Patent Documents 1 to 3, although the purpose thereof is different from that of cancer treatment.
  • it is necessary to keep normal cells at a physiological range of 43 ° C. or lower there remains a technical problem that it is quite difficult to maintain the affected body temperature at 43 ° C. or higher while protecting normal cells. Yes.
  • the inventor conducts research based on principles other than thermotherapy, cuts infrared rays with a wavelength greater than 7.5 ⁇ m, which acts as heat rays, and irradiates infrared rays with a wavelength of 7.5 ⁇ m or less to affected areas including cancer cells.
  • a method for supporting a cancer treatment by activating a gene repair mechanism inherent in cells was developed (Patent Documents 7 and 8, Non-Patent Documents 1 and 2).
  • the mechanism of action that supports the effect was unclear, and the optimum conditions for obtaining a remarkable effect were also unclear.
  • JP 61-259680 A JP-A-11-33074 JP-A-63-84567 JP 10-89588 A JP 2004-271518 A JP-A-62-38181 JP 2011-078541 A International Publication No. 2012/144504
  • the method of destroying cancer cells by raising the temperature of the affected area to 41 ° C. or higher destroys all normal cells.
  • this invention was made
  • the present invention is based on a completely different principle from the above-described warming therapy. That is, the cell activation device according to the present invention uses an effective infrared ray having a wavelength of 3.3 ⁇ m to 6.8 ⁇ m with a radiation flux of at least 0.1 mW or more to a diseased tissue including cancer cells. Irradiate. And when the said light source part hardly generates heat
  • a cooling unit for cooling the affected part including tissue when the light source part generates heat, a cooling unit for cooling the affected part including tissue is provided so that the temperature of the affected part including tissue is lower than 41 ° C.
  • the cooling unit when the cell activation device includes a wavelength selection unit that allows only the effective infrared ray to pass through the infrared ray from the light source unit that generates heat and irradiates the affected tissue including the tissue, the cooling unit includes: It is provided in a gap between the wavelength selection unit and the affected tissue, and includes natural air cooling that dissipates heat from the light source unit into the air in the air, or includes heat from the light source unit by a forced cooling fan. This is forced air cooling in which air in the gap is forced to flow.
  • an effective infrared ray that resonates with a lattice vibration wave of an amino acid molecule constituting a human protein is irradiated from the outside, thereby starting up an apoptotic circuit of the cancer cell and spontaneously killing the cancer cell. Furthermore, the surviving cancer cells return to normal cells and cause cell differentiation by starting up their own gene repair circuit.
  • a safe and secure cell activation device can be provided to the patient.
  • the present invention can provide a novel cell activation device that does not cause damage due to the treatment shown in the conventional thermotherapy without heating the cells and the living body.
  • normal cells can be activated with respect to normal cells around cancer cells, it can be expected to be useful not only for preventing cancer but also for preventing other diseases.
  • FIG. 1 is a basic principle diagram of a cell activation device according to an embodiment of the present invention. It is an absorption characteristic figure of water etc. in an infrared wavelength region. It is the schematic of the component of the cell activation apparatus which concerns on embodiment of this invention. It is a block diagram of the cell activation apparatus which concerns on embodiment of this invention using a hot platen. It is the block diagram (FIG. 5 (a)) of the cell activation apparatus which concerns on embodiment of this invention which used the reflecting mirror for the light distribution control part, and the block diagram (FIG.5 (b)) of the modification.
  • FIG.6 (a) It is the schematic diagram (FIG.6 (a)) of the filter with a fine hole for spectral characteristic calibration of the cell activation apparatus which concerns on embodiment of this invention, and the schematic diagram (FIG.6 (b)) of the modification.
  • It is a spectral transmission characteristic figure of the spectral material made from polystyrene of the wavelength selection part concerning the embodiment of the present invention.
  • It is a graph which shows the relationship between the relative spectral radiant flux of the effective radiation irradiated to the to-be-photographed body part in embodiment of this invention, black body radiation, and the wavelength range of infrared rays. It is the figure which showed an example of the effective radiation by the arrangement
  • FIG. 11A shows an example of spectral emission characteristics in the effective wavelength region in an array of a plurality of LED light sources according to the embodiment of the present invention (FIG. 11A), and FIG. 11B shows a modification thereof (FIG. 11B). It is. It is the chip-shaped block diagram (FIG. 12 (a)) of the infrared LED light source which concerns on embodiment of this invention, and the bullet-shaped block diagram (FIG.12 (b)) of an infrared LED light source.
  • the present invention is based on a completely different principle from the above-mentioned warming treatment method, and resonates with the lattice vibration wave of the intrinsic molecule of the amino acid molecule constituting the human protein, and is equivalent to the lattice frequency of the intrinsic molecule of the amino acid molecule. Infrared rays having a frequency are irradiated from the outside to cells including cancer cells.
  • the inventor has been studying cancer treatment methods that are more effective than conventional hyperthermia and do not cause damage associated with treatment, while continuing research on cancer treatment for many years.
  • a new discovery gained in the course of this research is that the amino acid molecule in the cell is externally irradiated with infrared rays corresponding to the infrared absorption wavelength region of the amino acid molecule to activate the cell and kill the cancer cell.
  • the inventor invented the cell activation device according to the present invention based on this discovery.
  • the cell activation device applies at least 0.1 mW or more of infrared rays having a wavelength of 3.3 ⁇ m to 6.8 ⁇ m (effective infrared rays) to an affected tissue including cancer cells. Irradiate with a radiant flux using a light source.
  • This effective infrared ray corresponds to the infrared absorption wavelength region of amino acid molecules.
  • the radiant flux other than the effective infrared ray is set lower than the radiant flux of the effective infrared ray.
  • a cooling unit for cooling the affected tissue is provided.
  • the cells are activated based on the principle that the cells in the affected tissue do not become heated at a high temperature of 41 ° C. or higher.
  • the present invention is characterized in that the infrared radiant flux to be irradiated is used within a range that does not damage cells containing amino acid molecules.
  • the basic principle of the cell activation device is to irradiate the affected tissue including cancer cells or / and the surrounding tissue of the affected tissue with an effective infrared ray with a radiation flux of 0.1 mW from the outside.
  • a vibration wave (effective infrared ray) having a wavelength resonating with the lattice vibration wave of the intrinsic molecule constituting the amino acid molecule in the cell (affected part containing tissue, surrounding tissue) is given, and the lattice vibration wave of the intrinsic molecule is amplified.
  • the cell activation device includes a light source unit I, a light distribution control unit II, a wavelength selection unit III, and a subject part (affected part) IV.
  • the light emitted from the light source part I is converted into effective infrared rays via the light distribution control part II and the wavelength selection part III, and this is irradiated to the subject part (affected part) IV.
  • Table 1 shows a list of infrared absorption wave numbers and peak forms (sharp or broad) at the time of infrared absorption in the intrinsic molecules (specific bonds) of proteins and amino acid molecules constituting the proteins.
  • Table 1 summarizes the data extracted from the provision report of the database of spectra of reference materials etc. (March 31, 2013 Japan Maritime Examination Association).
  • the infrared absorption wave number region of the natural vibration of the amino acid molecule is 1052 cm ⁇ 1 to 3400 cm ⁇ 1 .
  • the infrared wavelength absorbed by the amino acid molecule is , Which corresponds to a wavelength of 3.0 ⁇ m ⁇ ⁇ 9.5 ⁇ m.
  • the infrared wavelengths of 5.5 ⁇ m to 7.6 ⁇ m and 14 ⁇ m or more include an infrared absorption band due to water (H 2 O).
  • the wavelength region of the effective infrared ray is set to 3.3 ⁇ m ⁇ ⁇ 6.8 ⁇ m, and further limited to 3.0 ⁇ m ⁇ ⁇ 5.5 ⁇ m.
  • the individual absorption wavelengths differ depending on the hydrogen bonds, amide bonds, and carboxylic acids derived from the individual molecular structures, but when all the absorption wavelengths are combined, the total absorption wavelength is the wavelength range of the effective infrared. It can be seen that it exists over almost the whole area.
  • the wavelength selection unit III includes a filter V, a fine hole VI, and the like. Composed.
  • the light distribution control unit II is composed of a reflecting mirror VII having a high infrared emissivity.
  • the light source unit I includes any one of thermal radiation VIII, LED (Light Emitting Diode) IX, laser X, and THz radiation source XI. For example, as shown in FIG.
  • the cell activation device includes a hot plate serving as a light source unit, and a filter that transmits only effective infrared rays from infrared rays generated by thermal radiation of the hot plate, and has passed therethrough.
  • An effective infrared ray is irradiated to an object part.
  • a cooling unit that cools the object part is provided.
  • the heat plate is controlled by the output control unit, and the cooling unit includes, for example, a forced cooling fan at the lower end, and air is sent from the upper end to the lower end of the cooling unit by sending air downward by the fan.
  • the hot plate (heat generating body) corresponding to the thermal radiation VIII was used for the light source part I
  • part of the to-be-projected body part IV such as flat form, rod shape, and light bulb shape, can be employ
  • the light distribution control unit II is for appropriately irradiating the irradiated part IV with infrared radiation from the light source unit I, and is generally a planar type, a parabolic type, an elliptical type, or A reflecting mirror having a combination of these is used.
  • the light source unit I uses a siliconite that emits a black body in a small shape
  • the light distribution control unit II uses a parabolic mirror to focus the parabolic mirror. It is also possible to dispose a siliconitite, and to irradiate the object part with high efficiency by making the effective infrared rays radiated from the siliconite into parallel rays by a parabolic mirror.
  • a filter V that transmits only the effective infrared rays is generally used.
  • the filter V may be composed of a single sheet, or may be composed of a plurality of sheets when sufficient spectral transmission characteristics cannot be obtained with a single filter.
  • the filter V has a characteristic that it is difficult to obtain effective infrared rays with a single filter, the filter V is further provided with a cut filter that cuts infrared rays in an unnecessary wavelength region irrespective of the apoptosis of cancer cells. It may be corrected.
  • the filter V is mainly composed of an optical filter.
  • a set of a plurality of micro holes with different micro hole diameters is used.
  • a fine hole VI filter having a thing or a mesh-like hole may be provided.
  • the required spectral characteristics may be obtained by the optical filter V, the fine hole VI, or other combinations thereof.
  • means for reducing the radiant flux by providing a plurality of filter means in the wavelength selection III is not preferable.
  • a cooling unit for cooling the subject part (affected part) IV is provided between the wavelength selecting part III and the subject part (affected part) IV.
  • the cooling unit can employ natural air cooling, forced air cooling, a cooling method using the Peltier effect, and other forced cooling methods.
  • forced air cooling is adopted as a cooling part as shown in FIG.
  • the filter V of the wavelength selection unit III is provided between the part IV and the filter V transmits only the effective infrared ray out of the infrared ray from the heat radiation plate and irradiates the subject part IV.
  • the effective infrared rays do not increase the temperature of the filter V.
  • infrared rays other than the effective infrared rays that are blocked by the filter V increase the temperature of the filter V, and the filter V becomes a secondary radiation source.
  • the effective infrared ray transmitted from the filter V and the infrared ray emitted from the filter V as a heat source are mixed and irradiated to the subject part IV, and the ratio of the effective infrared ray irradiated to the subject part IV (Purity) decreases, and the effect of effective infrared rays decreases. Therefore, as shown in FIG.
  • the cooling unit is air-cooled so as not to raise the surface temperature of the irradiated part IV by the radiant heat from the heat radiation plate and the filter V, and the temperature of the heat radiation plate, the temperature of the filter V,
  • the relationship of the temperature of the heat radiation plate> the temperature of the filter V> the temperature of the cooling air> the temperature of the subject part IV is satisfied between the ambient temperature of the cooling air and the temperature of the subject part IV.
  • the cooling unit may be configured to have a function of adjusting the air volume and the atmospheric temperature. If the cooling part is employed when the atmospheric temperature is lower than the normal temperature, the temperature of the irradiated part IV may be extremely lowered, and the activation effect may be reduced.
  • the cooling unit controls the cooling of the subject part IV based on the atmospheric temperature, and prevents a significant decrease in the temperature of the subject part IV.
  • the radiant flux other than the effective infrared rays is set lower than the effective infrared radiant flux without using the cooling unit.
  • the temperature of the object part IV can be set to a state of less than 41 ° C.
  • the cell activation device controls the light distribution of the infrared rays emitted from the light source unit controlled by the output control unit using a parabolic mirror, and passes through a filter.
  • a filter is provided between the filter and the subject part, and a cooling part having a forced cooling fan is provided in the gap, and the gap is naturally air-cooled, or Forced air cooling suppresses the rise in temperature of the subject part.
  • the infrared radiant flux irradiated to the subject part and the temperature of the subject part are determined by the interrelation between the light source part, the light distribution control part, and the wavelength selection part. Make it clear.
  • a plate-like or film-like spectral material (polystyrene plate, plate-like ceramic, etc.) is used.
  • a new fine hole that matches the required wavelength by providing a plurality of holes with a diameter (for example, 1.8 ⁇ m) of about 1 ⁇ 2 of the wavelength to be directly transmitted, and arranging this group uniformly in a plate shape
  • a diameter filter can be used.
  • the diameters of the plurality of holes provided in the filter do not have to be the same.
  • the diameters of the holes (1.5 ⁇ m, 2.0 ⁇ m, 2.5 ⁇ m, 3.
  • a plurality of different holes (0 ⁇ m) may be provided, and the plurality of holes may be set as a set, and the set may be uniformly arranged in a plate shape. Therefore, the spectral transmission characteristics within the effective infrared wavelength range are optimized by a filter with a fine hole diameter in which a fine hole is provided in a filter having specific spectral characteristics, and the irradiated part IV is irradiated with the infrared light that passes through the filter. Effective infrared rays necessary for cell activation can be effectively irradiated.
  • the cooling part is unnecessary.
  • the temperature of the irradiated part can be maintained at a temperature lower than 41 ° C.
  • the temperature of the irradiated slope of the subject part IV should be kept medically at a normal body temperature of ⁇ 0.5 ° C. (the normal body temperature varies from person to person), and should not be raised to 41 ° C. or higher, which causes low-temperature burns.
  • normal cells can be activated and cancer cells can be killed.
  • FIG. 7 shows spectral transmission characteristics of a spectral material made of polystyrene. As shown in FIG. 7, absorption of infrared rays is observed at a wavelength around 3.6 ⁇ m in the range of 3.0 ⁇ m to 5.5 ⁇ m of the wavelength of transmitted light, but all infrared rays are transmitted in other wavelength regions. I am letting.
  • this spectral characteristic is configured to block and block unnecessary infrared light having a wavelength of 6.8 ⁇ m or more, and using the filter in the wavelength selection unit III can be an effective means. I understand. Moreover, although the limit on the long wavelength side through which infrared rays can be transmitted is 6.8 ⁇ m, as shown in FIG. 2, since there is an absorption band due to water in a wavelength region of 5.5 ⁇ m or more, the effective wavelength of this spectral characteristic ⁇ is considered to be 3.0 ⁇ m ⁇ ⁇ 5.5 ⁇ m.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the relative spectral radiant flux of the effective radiation and black body radiation irradiated to the object part, and the infrared wavelength region. As shown in FIG.
  • the filter in the black body radiation and the effective radiation, the relative spectral radiant flux of the infrared ray in the wavelength region of 2.8 ⁇ m or less is relatively small. Therefore, the filter has the infrared ray in the wavelength region of 2.8 ⁇ m or less. Even if the light is transmitted, it is hardly affected by infrared radiation in the wavelength region. Further, it is understood that the relative spectral radiant flux of effective radiation corresponding to the radiation of the effective infrared radiation is extremely lower than the relative spectral radiant flux of black body radiation, so that it hardly contributes to the temperature rise of the subject part.
  • the experimental results obtained by changing the intensity of the heat source, changing the irradiation intensity of the effective infrared rays, irradiating the human prostate cancer cells, and culturing them showed that the proliferation of the cancer cells was suppressed. Also, from the experimental results described below, when the infrared radiation flux (irradiation intensity and irradiation amount) with a wavelength of 6.5 ⁇ m or less is increased, the growth of cancer cells tends to decrease and the proliferation is suppressed in a short time. Was confirmed.
  • a plurality of infrared light emitting LEDs having different center wavelengths are used as the light source unit I, and an effective wavelength characteristic in the effective infrared wavelength region is obtained by optimizing the arrangement of these LEDs. It is possible to create a light source with.
  • the infrared radiation wavelengths of the four LEDs (A), (B), (C), and (D) are, for example, 6 ⁇ m, 5 ⁇ m, 4 ⁇ m, and 3 ⁇ m.
  • LED1 has mounted the LED chip 2 on the surface of a flat plate.
  • the LED chip 2 is electrically connected to the electrode 4 by a metal wiring 3.
  • a reflecting plate 5 is provided around the LED chip 2 to give directivity to infrared irradiation.
  • FIG. 10B the arrangement of a plurality of LEDs having different central wavelengths is made into one group, and the plurality of groups are integrated at a high density, thereby increasing the radiant flux and the required wavelength and intensity. It is possible to obtain effective infrared radiation.
  • one group includes four LEDs 11, 12, 13, and 14, and includes a plurality of groups with an outer bulb 15 corresponding to a fluorescent lamp shape or a bulb shape.
  • Pins 16 for supplying electric power to various LEDs protrude from both ends of the outer tube bulb 15.
  • FIG. 11 (a) if three LEDs having different center wavelengths are used as the light source unit I within the range of the effective infrared wavelength region, there is a half width at the center wavelength of each LED.
  • the infrared rays of the LEDs overlap each other to fill the effective infrared wavelength region as a whole.
  • the number of LEDs is not limited. For example, as shown in FIG. 11B, seven LEDs may be used as the light source unit I.
  • FIG. 12A the LED has three types of LED chips 2 mounted on the aluminum substrate 1 and is electrically connected to the metal wiring 4 through the wires 3.
  • the phosphor 5 is provided on the LED chip 2 to diffuse the light from the LED chip 2 to improve the color rendering properties of the illumination light source.
  • a bank 6 is provided on the aluminum substrate 1.
  • the LED may be of a bullet shape, and the exterior 5 of the LED chip 2 is shaped like a bullet, and the lens function 7 is provided on the surface of the shape.
  • the LED chip 2 is electrically connected to a metal wiring frame 8. From this LED light source, an effective infrared ray including an effective wavelength region is irradiated without increasing the temperature of the object part IV.
  • the LEDs of the light source part I are arranged in a plate shape, and the target part IV can be directly irradiated with effective infrared rays without light distribution control. It is valid.
  • the portion of the subject part IV is not flat but has a special shape or a small area, the effective infrared rays from the light source I can be transmitted as much as possible by the light distribution controller II (for example, the reflector VII). It is effective to irradiate a portion of the irradiated object IV by narrowing the effective infrared light beam.
  • a parabolic mirror or an elliptical mirror may be used as the reflecting mirror VII of the light distribution control unit II.
  • wavelength selection unit III When making effective radiation of effective infrared using a plurality of types of LEDs whose center wavelength and its half-value width are clear, a plurality of LEDs having different center wavelengths are arranged to form a set of effective radiation elements.
  • the planar light source unit I As a flat surface, the light source unit I that emits effective infrared light can be configured.
  • the wavelength selection unit III is not necessary. Therefore, it is possible to make the cell activation device according to the present invention by such a configuration. In this cell activation device, normal cells can be activated and cancer cells can be killed without raising the temperature of the subject part IV as in thermotherapy.
  • a light source unit I having a small size and a different center wavelength such as a laser X or a THz light source XI
  • the arrangement of the light source unit I gives selectivity to the irradiation wavelength of the infrared ray, and the effective infrared spectrum. It is possible to configure the light source unit I with optimized characteristics. Even in this case, the filter V and the fine hole VI of the wavelength selector III are not necessary. Further, the shape of the substrate used for the arrangement of the light source portions I may be flat or round. Further, the lighting method of the light source unit I may be continuous lighting or pulse lighting.
  • the reflecting mirror VII of the light distribution control unit II will be described.
  • the reflection mirror VII of the light distribution control unit II Even if the light source unit I is relatively small, the light distribution control function by the reflection mirror VII works effectively, and effective infrared irradiation can be used effectively. It is possible to irradiate effective infrared rays by limiting the irradiation surface of the subject part IV.
  • a small light source unit I having a different center wavelength such as a laser X or a THz light source XI
  • the light source part I which irradiates effective infrared rays is incorporated in the lighting fixture or LED light source which irradiates effective infrared rays. Further, when effective infrared rays are used for cancer treatment from a professional standpoint, the effective infrared radiation flux is increased.
  • the amino acid molecules constituting the cells When the cells are irradiated with effective infrared rays, the amino acid molecules constituting the cells cause resonance vibrations with the effective infrared rays, and the nuclei in the molecules are excited to shift from the ground state to the excited state. The electrons in this excited state act on the molecules constituting the amino acid and change the molecular structure state.
  • the amino acid molecule is in a state in which molecules such as C—H, O—H, CH 2 , and C—C are bonded to each other. These molecules are known to have a molecular absorption band.
  • the cell death plays an important role in the regeneration of normal and neoplastic epithelium, and the decrease in the death phenomenon is associated with the metastasis of the lung, breast, prostate, etc. and the progression of local invasion.
  • the mechanism of action in which an apoptotic circuit is induced in tumor by effective infrared rays is considered as follows.
  • Non-patent Document 1 it is known from the spectroscopic analysis made so far that when a molecule receives infrared rays having a wavelength of 6.8 ⁇ m or less, H of the molecule —OH group is converted to Li or Na (Non-patent Document 1). ). This conversion is presumed to be fatal to cancer cells.
  • an anaerobic glycolysis system mainly works to make a large amount of ATP necessary for its activity. That is, pyruvic acid is made from sugar in a glycolytic system, and lactic acid is made therefrom by the action of lactate dehydrogenase. At this time, 2ADP is used in cancer cells and 2ATP is produced in one rotation. In normal cells, the TCA cycle is rotated from pyruvic acid through acetyl CoA, and 36 ATP is produced in one rotation. This difference is thought to be the reason why cancer cells consume a large amount of glucose.
  • the cause of the increase in the medium temperature during cell culture is the metabolic energy during cell culture, and infrared light in a specific wavelength region of 6.8 ⁇ m or less of this metabolic energy is transmitted to normal cells and cancer cells. It was completed based on the knowledge of working effectively.
  • Test Example 2 In Test Example 1, since it was confirmed that the effect of effective infrared irradiation was not due to temperature increase, cancer cells previously cultured at 37 ° C. for 7 days were placed in a medium in which the temperature of the incubator was set to 35.0 ° C. The medium temperature was set to 37.7 ° C by radiation of effective infrared rays from a hot plate at 40.1 ° C, and when the cancer cells were cultured in this environment for 5 days, the temperature was simply set to 37 ° C. A comparison was made when cancer cells were cultured (medium temperature: 37.3 ° C.) in the medium in the set incubator. As shown in FIG.
  • the number of cancer cells was statistically significantly reduced by an average of 77.4%.
  • the effective infrared radiation flux at this time was calculated to be 1.725 mW.
  • the growth rate of cancer cells when the radiant flux was 1.725 mW was shorter than that when the radiant flux was 0.144 mW, and the growth rate of the cancer cells was relatively decreased.
  • mRNA was collected from cancer cells on the 7th and 12th days of culture, and long-term effective infrared exposure started up a gene repair circuit for cancer and normal samples by DNA array and Real time-PCR. I was able to confirm that.
  • Test Example 3 Using a free electron laser, irradiating a cancer sample and a normal sample with 5 pulses of effective infrared rays having a wavelength of 4.8 ⁇ m, a radiant flux of 8 mW, and a frequency of 5 Hz / sec, The helix ratio was measured. As a result, as shown in FIG. 15, it was confirmed that the ratio of ⁇ -helix to ⁇ -sheet of cancer cells was increased by irradiation with effective infrared rays. This is evidence that the protein of cancer cells has been destroyed by irradiation with effective infrared rays.
  • the cell activation device of the present invention can be widely used as a device and method for cell activation. For example, since a patient can receive cancer treatment while living daily life, it can be widely used to support cancer treatment. It is also considered as an effective means for cancer prevention. In addition, when working in an environment where there is no effective infrared radiation or in an environment where there is a small amount of effective infrared radiation even if it exists, health maintenance measures, health equipment and treatment equipment against new environmental changes that occur in the future We think that it can greatly contribute to development.

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Abstract

癌細胞を含む患部包含組織に対して波長３．３μｍ～６．８μｍの有効赤外線を、少なくとも０．１ｍＷ以上の放射束で、光源部を用いて照射し、前記光源部が殆ど発熱を伴わない場合、前記有効赤外線以外の放射束を、当該有効赤外線の放射束よりも低く設定することで、前記患部包含組織の温度を４１℃未満の状態とすることを特徴とする細胞活性化装置を提供する。又、前記光源部が発熱を伴う場合、前記患部包含組織を冷却する冷却部を設けることで、前記患部包含組織の温度を４１℃未満の状態とする。

Description

細胞活性化装置
　本発明は、細胞活性化装置（癌治療装置）に関する。特に、癌細胞および周辺細胞に対して働きかけ、細胞が本来備える遺伝子修復機構を活性化し、癌細胞の増殖を抑制し、癌細胞を消滅させる細胞活性化装置に関する。
　現状の癌治療では、発見が遅れると完治できず、たとえ早期に発見しても癌の発生部位によっては摘出手術ができない場合もあり、化学療法、放射線療法や温熱療法等もあるが、これらの治療法では副作用を伴う等、多くの問題が山積している。また、たとえ早期に発見でき、癌の発生部位が摘出可能な部位であっても、癌摘出という外科的治療は人体に損傷を与える侵襲的治療方法である。
　このような現状を踏まえ、癌治療研究および癌治療用の機器開発は活発に行われているが、まだ決定的な癌治療方法は見出されていないのが現状である。
　非侵襲的癌治療方法として温熱療法に関する技術が知られている（例えば、特許文献１～６）。これらの文献では、癌細胞が高温に弱いとの定説に基づいて、主に熱線として作用する赤外線を患部や全身に照射する技術であり、患部深部の体温を４１℃～４２℃程度に上昇することが必要であるとされている。上記の理由から、頭部以外の全身をカプセル状の容器に患者を入れ、赤外線照射手段による輻射熱と密閉容器内の空気による伝導熱とによって、患者の頭部以外のほぼ全身を加温し、患部の深部体温を短時間で４１．０℃～４２．５℃に到達させる。ここで、細胞温度が４１．０℃以上に上昇すると、細胞のＤＮＡ活動が停止することが知られている。そのため、上述した文献の療法では、患部の温度を４１．０℃以上に上昇させ、癌細胞も正常細胞も併せて患部の細胞をすべて破壊してしまうという課題がある。
　上記の特許文献１～３はいずれも赤外線加熱により患部を温めて血行を良好にするか、患部を深部まで強力に過熱して癌を治療する技術であり、血液の循環を良くする程度の加熱では癌治療の目的を達成できないという課題がある。特に、特許文献１の技術では、全身または患部の深部体温を４１℃～４２℃程度に上昇させるために、血液を４５℃～４６℃に加温する必要がある。この場合、通常、血液の凝固を防止するために患者にヘパリン等を投与する必要がある。治療時間は１時間程度が限度であり、治療後数日間は立ち上がれないほどの肉体的負担や低温火傷などの障害を生じる危険性がある。また、使用する赤外線の中心波長５μｍ近傍には水の吸収波長が存在するので、この近傍で照射した赤外線が吸収されて、癌細胞に有効に働かない危険性がある。
　また、特許文献１～３の技術は、体温の上昇を目的にして、赤外線の輻射熱を人体に加える手段を提供するものであり、この場合、患部体温を４１℃～４２℃に上昇させると、皮膚温度が６５℃以上に上昇することから、長時間照射により低温やけどが生じる。そのため、治療時間は、やはり１時間程度が限度とされていた。
　特許文献４、５の技術では、その目的が加温ではなく、微細穴による分光法を用いて保温効果を生じさせる手段を提供するものであり、微細穴による分光法で、且つ配光も同時に制御しようとするものである。特許文献４、５の技術は、その目的は癌治療と異なるが、上述した特許文献１～３を実現する基本技術となるものである。一方、正常細胞については、生理的範囲である４３℃以下に保つ必要があるため、正常細胞を保護しつつ、患部体温を４３℃以上に維持することは相当難しいという技術的課題が残されている。
　発明者は、温熱療法以外の原理に基づく研究を行い、癌細胞を含む患部に対して、熱線として作用する７．５μｍより大きな波長の赤外線をカットし、７．５μｍ以下の波長の赤外線を照射することにより、細胞が本来備えている遺伝子修復機構を活性化して癌治療を支援する方法を開発した（特許文献７、８、非特許文献１、２）。しかし、効果を裏付ける作用機序が不明確であり、顕著な効果を得るための最適な条件も不明確であった。
特開昭６１－２５９６８０号公報 特開平１１－３３０７４号公報 特開昭６３－８４５６７号公報 特開平１０－８９５８８号公報 特開２００４－２７１５１８号公報 特開昭６２－３８１８１号公報 特開２０１１－０７８５４１号公報 国際公開第２０１２／１４４５０４号
Nature Preceding : hdl : 10101/ npre. 2008、1980、1:Posted17 Jun 2008 Central European Journal of Biology、5（2）、178-189
　従来の療法のように、患部の温度を４１℃以上に上昇させて癌細胞を破壊させる方法では、正常細胞も併せてすべて破壊してしまうものである。そこで、本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、正常細胞を破壊させることなく効果的に癌細胞を破壊させることが可能な細胞活性化装置を提供することを目的とする。
[規則91に基づく訂正 27.11.2015]　
　本発明は、上述の加温治療法とは全く異なる原理によるものである。即ち、本発明に係る細胞活性化装置は、癌細胞を含む患部包含組織に対して、波長３．３μｍ～６．８μｍの有効赤外線を、少なくとも０．１ｍＷ以上の放射束で、光源部を用いて照射する。そして、本発明は、前記光源部が発熱を殆ど伴わない場合、前記有効赤外線以外の放射束を、当該有効赤外線の放射束よりも低く設定することで、前記患部包含組織の温度を４１℃未満の状態とする。又、本発明に係る細胞活性化装置は、前記光源部が発熱を伴う場合、前記患部包含組織を冷却する冷却部を設けることで、前記患部包含組織の温度を４１℃未満の状態とする。又、本細胞活性化装置が、発熱を伴う前記光源部からの赤外線のうち、前記有効赤外線のみを通過させて、前記患部包含組織に照射させる波長選択部を備える場合、前記冷却部は、前記波長選択部と前記患部包含組織との間の空隙に設けられ、前記光源部からの熱を前記空隙の空気中に放熱する自然空冷、又は強制冷却用ファンにより前記光源部からの熱を含む前記空隙の空気を強制的に流す強制空冷である。
　本発明は、ヒトのタンパク質を構成するアミノ酸分子の格子振動波に共鳴する有効赤外線を外部から照射することにより、癌細胞のアポトーシス回路を立ち上げて自然に癌細胞を自滅させる。さらに、生き残った癌細胞が、自らの遺伝子修復回路を立ち上げることにより正常細胞にもどって細胞分化を引き起こす。本発明では、細胞を加温することがないため、温熱療法で引き起こされる有害事象が無く、患者に安全安心の細胞活性化装置を提供することが出来る。
　本発明は、細胞や生体を加温することなく、従来の温熱療法で示した治療による障害は見られない新規な細胞活性化装置を提供することが可能となる。また、癌細胞の周囲の正常細胞についても正常細胞を活性化させることができるので、癌の予防のみならず他の疾病の予防にも役立つ効能が期待出来る。
本発明の実施形態に係る細胞活性化装置の基本原理図である。 赤外線の波長領域での水等の吸収特性図である。 本発明の実施形態に係る細胞活性化装置の構成要素の概略図である。 熱板を用いた本発明の実施形態に係る細胞活性化装置の構成図である。 配光制御部に反射鏡を用いた本発明の実施形態に係る細胞活性化装置の構成図（図５（ａ））と、その変形例の構成図（図５（ｂ））である。 本発明の実施形態に係る細胞活性化装置の分光特性較正用の微細孔付フィルターの模式図（図６（ａ））と、その変形例の模式図（図６（ｂ））である。 本発明の実施形態に係る波長選択部のポリスチレン製の分光材料の分光透過特性図である。 本発明の実施形態における被射体部に照射される有効放射と黒体放射の相対分光放射束と、赤外線の波長領域との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態に係るＬＥＤ光源の配列による有効放射の一例を示した図である。 本発明の実施形態に係るＬＥＤ光源の配列の一例を示した図（図１０（ａ））と、その変形例を示した図（図１０（ｂ））である。 本発明の実施形態に係る複数個のＬＥＤ光源の配列における有効波長領域の分光発光特性例を示した図（図１１（ａ））と、その変形例を示した図（図１１（ｂ））である。 本発明の実施形態に係る赤外線ＬＥＤ光源のチップ状の構成図（図１２（ａ））と、赤外線ＬＥＤ光源の砲弾型の構成図（図１２（ｂ））である。 試験例１における赤外線照射の有無での正常ヒト前立腺上皮細胞（ＰｒＥＣ）、ヒト前立腺癌細胞（ＤＵ１４５、ＰＣ－３、ＬＮＣａＰ）の細胞増殖結果を示す図である。 試験例２における赤外線照射の有無でのヒト前立腺癌細胞（ＤＵ１４５、ＰＣ－３、ＬＮＣａＰ）の細胞増殖結果を示す図である。 試験例３における赤外線照射の有無での正常ヒト前立腺上皮細胞（ＰｒＥＣ）、ヒト前立腺癌細胞（ＤＵ１４５、ＰＣ－３、ＬＮＣａＰ）のβシートに対するαへリックスの比の変化を示す図である。
　以下に、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。本発明は、上述の加温治療法と全く異なる原理に基づくもので、ヒトのタンパク質を構成するアミノ酸分子の固有分子の格子振動波に共鳴し、アミノ酸分子の固有分子の格子振動数と同等の振動数を有する赤外線を外部から癌細胞を含む細胞に照射する。これよって、癌細胞のアポトーシス回路を立ち上げて自然に癌細胞を自滅させ、且つ、細胞が本来持つ遺伝子修復回路を活性化し、正常細胞へと戻す細胞活性化作用を引き起こすことが可能となる。本発明は、細胞を過剰に加温することがないため、温熱療法による障害は見られない。
　発明者は、癌治療の研究を長年続ける中で、従来の温熱療法より一層効果があり、且つ、治療に伴う障害を引き起こすことのない癌治療方法を研究してきた。この研究を進める過程で得た新たな発見は、細胞内のアミノ酸分子に外部から、当該アミノ酸分子の赤外線の吸収波長領域に対応する赤外線を照射することによって、細胞を活性化させ癌細胞を死滅ないし増殖抑制を生じさせることであり、発明者は、この発見に基づいて、本発明に係る細胞活性化装置を発明した。
[規則91に基づく訂正 27.11.2015]　
　本発明に係る細胞活性化装置（癌治療装置）は、癌細胞を含む患部包含組織に対して、波長３．３μｍ～６．８μｍの赤外線（有効赤外線とする）を、少なくとも０．１ｍＷ以上の放射束で、光源部を用いて照射する。この有効赤外線は、アミノ酸分子の赤外線吸収波長領域に対応している。ここで、前記光源部が発熱を殆ど伴わない場合、前記有効赤外線以外の放射束を、当該有効赤外線の放射束よりも低く設定する。又、前記光源部が発熱を伴う場合、前記患部包含組織を冷却する冷却部を設ける。これにより、患部包含組織の細胞が４１℃以上になる高温加熱にならない原理とし、細胞を活性化させる。本発明では、照射する赤外線の放射束を、アミノ酸分子を含む細胞に障害を与えることがない範囲で使用することを特徴としている。
　本発明に係る細胞活性化装置の基本原理は、癌細胞を含む患部包含組織又は／及び前記患部包含組織の周辺組織に、有効赤外線を外部から０．１ｍＷの放射束で照射する。これにより、細胞（患部含有組織、周辺組織）内におけるアミノ酸分子を構成する固有分子の格子振動波に共鳴する波長の振動波（有効赤外線）を与え、固有分子の格子振動波を増幅させることで、前記アミノ酸分子を活性化させる。本発明に係る細胞活性化装置は、図１に示すように、光源部Ｉと、配光制御部ＩＩと、波長選択部ＩＩＩと、被射体部（患部）ＩＶと、を備えている。光源部Ｉから照射された光を、配光制御部ＩＩ、波長選択部ＩＩＩを介して、有効赤外線とし、これを被射体部（患部）ＩＶに照射する。
　表１は、タンパク質及びそれを構成するアミノ酸分子の固有分子（固有結合）における赤外線吸収波数と赤外線吸収時のピークの形態（シャープかブロードか）の一覧を示す。表１は、標準物質等のスペクトルのデータベースの提供報告書（平成２５年３月３１日　一般社団法人日本海事検定協会）から抽出したデータをまとめた。表１に示すように、アミノ酸分子の固有振動の赤外線吸収波数領域は１０５２ｃｍ－１～３４００ｃｍ－１であり、この赤外線吸収波数を赤外線吸収波長λに換算すると、アミノ酸分子が吸収する赤外線の波長は、３．０μｍ＜λ＜９．５μｍの波長に相当する。ここで、図２に示すように、５．５μｍ～７．６μｍ、及び１４μｍ以上の赤外線の波長には、水（Ｈ２Ｏ）による赤外線吸収帯が含まれていることから、本発明では、有効赤外線の波長領域を、３．３μｍ＜λ＜６．８μｍと設定し、更に限定すれば、３．０μｍ＜λ＜５．５μｍと設定する。当該有効赤外線では、個々の分子構造に由来する、水素結合、アミド結合、カルボン酸によって、個々の吸収波長は異なるが、全ての吸収波長を総合すると、総合した吸収波長が、有効赤外線の波長領域のほぼ全域にわたって存在していることが分かる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　さて、上述を踏まえて、本発明に係る細胞活性化装置の構成要素を具体的に説明すると、図３に示すように、波長選択部ＩＩＩは、フィルターＶ、微細穴ＶＩ、その他のいずれかで構成される。配光制御部ＩＩは、赤外線放射率が高い反射鏡ＶＩＩで構成される。光源部Ｉは、熱放射ＶＩＩＩ、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）ＩＸ、レーザーＸ、ＴＨｚ放射源ＸＩのいずれかで構成される。例えば、図４に示すように、本発明に係る細胞活性化装置は、光源部となる熱板と、熱板の熱放射による赤外線から、有効赤外線のみを透過させるフィルターと、を備え、通過した有効赤外線を被射体部に照射させる。光源部Iが発熱を伴う場合、被射体部を冷却する冷却部が設けられる。熱板は、出力制御部により制御され、冷却部は、例えば、下端部に強制冷却用ファンを備え、ファンで下方に空気を送り出すことで、冷却部の上端部から下端部まで、空気を流して、環境及び被射体部ＩＶの温度上昇を防止する。尚、光源部Ｉに熱放射ＶＩＩＩに対応する熱板（発熱体）を用いたが、この他に、シリコニットや、ＬＥＤＩＸ、レーザーＸ、ＴＨｚ放射源ＸＩ等を用いてもよい。又、光源部Iの発熱体の形状は、平板状、棒状、電球形状等、被射体部ＩＶの部位に適した形状を採用出来る。
　ここで、配光制御部ＩＩは、光源部Ｉからの赤外線の放射を適切に被射体部ＩＶに照射するためのものであり、一般には、平面型、放物面型、楕円型、或いはこれらを組み合わせた形状の反射鏡が用いられる。一例として、図５（ａ）に示すように、光源部Ｉに、小型形状で黒体放射するシリコニットを用い、配光制御部ＩＩに、放物面鏡を用いて、放物面鏡の焦点にシリコニットを配置し、このシリコニットから放射される有効赤外線を、放物面鏡により、平行光線とし、高効率的に被射体部に照射しても良い。ここで、例えば、シリコニットのような、小型形状で配光制御しやすい形状の光源部Ｉを使用することが好ましいが、光源部Ｉの形状によって、有効赤外線が平行に照射される場合もあり、その場合は、配光制御部ＩＩの反射鏡を必要としない。
　光源部Ｉから照射される赤外線には、癌細胞のアポトーシスに必要な有効赤外線以外の赤外線も含まれている場合、一般的に、有効赤外線のみを透過させるフィルターＶを用いる。フィルターＶは、一枚で構成されても良いし、一枚のフィルターでは十分な分光透過特性を得ることが出来ない場合に複数枚で構成されても良い。又、フィルターＶは、一枚のフィルターで有効赤外線が得にくい特性の場合に、癌細胞のアポトーシスと無関係で、不要な波長領域の赤外線をカットするカットフィルターを更に設けて、有効赤外線の特性を補正しても良い。ここで、一般には、フィルターＶは、光学フィルターを主体とするが、一枚の光学フィルターで所要の分光特性が得られない場合には、微細穴径の異なる複数の微細穴を一組としたものやメッシュ状の穴をもつ微細穴ＶＩのフィルターを設けても良い。又は、光学フィルターＶ、微細穴ＶＩ、その他、これらの組み合わせによって所要の分光特性を得ても良い。但し、波長選択ＩＩＩに複数のフィルター手段を設けることにより放射束の低下をもたらす手段は好ましくない。
　又、波長選択部ＩＩＩと被射体部（患部）ＩＶとの間に、図４に示すように、被射体部（患部）ＩＶを冷却する冷却部を設ける。光源部Ｉから波長選択部ＩＩＩを介して被射体部ＩＶに有効赤外線を効率よく照射するためには、波長選択部ＩＩＩからの有効赤外線の放射を強くする必要がある。冷却部は、自然空冷、強制空冷、ペルチェ効果を利用した冷却方法、その他の強制冷却方法を採用することが出来る。
　一例として、光源部Ｉに熱放射板を用いて、熱放射により有効赤外線を得る場合、図４に示すように、冷却部として強制空冷を採用し、熱放射板の光源部Ｉと被射体部ＩＶとの間に、波長選択部ＩＩＩのフィルターＶを設けて、フィルターＶによって、熱放射板からの赤外線のうち、有効赤外線のみを透過させて、被射体部ＩＶに照射する。ここで、有効赤外線は、フィルターＶの温度を上昇させることは無いが、有効赤外線以外で、フィルターＶにより遮断された赤外線は、フィルターＶの温度を上昇させ、このフィルターＶが２次放射源となる。すると、フィルターＶから透過した有効赤外線と、フィルターＶが熱源となって放射される赤外線とが被射体部ＩＶへ混合して照射され、当該被射体部ＩＶへ照射される有効赤外線の割合（純度）が低下し、有効赤外線の効果が低下する。
　そこで、図４に示すように、冷却部により、熱放射板及びフィルターＶからの輻射熱によって被射体部ＩＶの表面温度を上昇させないように空冷し、熱放射板の温度、フィルターＶの温度、冷却風の大気温度、被射体部ＩＶの温度との間に、熱放射板の温度＞フィルターＶの温度＞冷却風の大気温度＞被射体部ＩＶの温度の関係を満たすようにする。ここで、冷却部は、風量、大気温度の調整機能を備えた構成であっても良い。大気温度が常温より低い場合に、冷却部を採用すると、被射体部ＩＶの温度を極端に低下させ、活性化効果が低下する可能性がある。そのため、冷却部は、大気温度に基づいて被射体部ＩＶの冷却を制御し、被射体部ＩＶの温度の著しい低下を防止する。
　尚、光源部Ｉに発熱を殆ど伴わないＬＥＤＩＸ、レーザーＸ、ＴＨｚ光源ＸＩ等を採用する場合には、冷却部を用いずに有効赤外線以外の放射束を、当該有効赤外線の放射束よりも低く設定することで、被射体部ＩＶの温度を４１℃未満の状態とすることが出来る。
　又、本発明に係る細胞活性化装置は、図５（ｂ）に示すように、出力制御部により制御される光源部から放射された赤外線を放物面鏡によって配光制御し、フィルターを介して有効赤外線のみを透過させる。ここで、被射体部の温度について、フィルターと被射体部との間に、空隙を設け、当該空隙に、強制冷却用ファンを有する冷却部を設けて、この空隙を自然空冷する、あるいは強制空冷することによって、被射体部の温度の上昇を抑える。また、被射体部に照射される赤外線の放射束、及び被射体部の温度は、光源部、配光制御部、及び波長選択部の相互関係によって決まるので、これらの関係を予め実験によって明らかにしておく。
　ここで、適正な波長特性を有する赤外線の放射が容易に得られない場合には、図６（ａ）に示すように、板状あるいはフィルム状の分光材料（ポリスチレン板、板状セラミック等）に、直接透過させようとする波長の約１／２の径（例えば、１．８μｍ）の穴を複数個設け、この組を板状に均一に配置することによって、必要波長に合わせる新規な微細穴径付フィルターとすることが可能である。又、フィルターに設けられる複数の穴の径は、同一である必要は無く、例えば、図６（ｂ）に示すように、穴の径（１．５μｍ、２．０μｍ、２．５μｍ、３．０μｍ）の異なる複数個の穴を設け、当該複数個の穴を一組として、この組を板状に均一に配置しても構わない。
　したがって、特定の分光特性を有するフィルターに微細穴を設けた微細穴径付フィルターにより、有効赤外線の波長領域内の分光透過特性を最適化し、当該フィルターを通した赤外線を被射体部ＩＶに照射することが可能となり、細胞活性化に必要な有効赤外線を効果的に照射できる。
　また、光源部Ｉからの熱が配光制御部ＩＩ、波長選択部ＩＩＩに伝導あるいは輻射によって伝わり、被射体部ＩＶの温度上昇を招く危険性がある場合には、波長選択部ＩＩＩと被射体部ＩＶとの間に空隙を設け、熱を雰囲気中に放熱して、被射体部ＩＶの発熱を防止するか（自然冷却）、ファン等の冷却部を用いて熱を含む空気を強制的に放出することにより、被射体部ＩＶの発熱を防止しても良い（強制冷却）。
　尚、光源部Ｉからの発熱量によって、被射体部ＩＶの被照射面の温度が、正常体温から０．５℃以上に上昇しない場合には、冷却部は不要である。例えば、有効赤外線以外の放射束を低く設定することで、被射体部の温度を４１℃未満の状態に維持することが出来る。このように、被射体部ＩＶの被射斜面の温度を医学的に正常体温±０．５℃（正常体温はヒトにより異なる）に保ち、低温火傷を起すような４１℃以上に上昇させないことで、正常細胞を活性化し、且つ、癌細胞を死滅させることが可能になる。
　図３に示す本発明では、光源部Ｉに熱板を用い、波長選択部ＩＩＩにポリスチレン製フィルターを用い、配光制御部ＩＩの反射鏡は、除外した。図７には、ポリスチレン製の分光材料の分光透過特性を示す。図７に示すように、透過光の波長の３．０μｍから５．５μｍの範囲のうち、３．６μｍ辺りの波長に、赤外線の吸収が見られるが、その他の波長領域では、赤外線を全て透過させている。更に、この分光特性は、不要とされる６．８μｍ以上の波長の赤外線を不透過とし、遮断する構成になっており、波長選択部ＩＩＩに当該フィルターを用いることは有効な手段になることが分かる。また、赤外線が透過可能な長波長側の限界を６．８μｍとしたが、図２に示すように、５．５μｍ以上の波長領域に、水による吸収帯があるため、この分光特性の有効波長λは３．０μｍ＜λ＜５．５μｍであると考える。図８は、被射体部に照射される有効放射と黒体放射の相対分光放射束と、赤外線の波長領域との関係を示すグラフである。図８に示すように、黒体放射及び有効放射では、２．８μｍ以下の波長領域の赤外線の相対分光放射束が相対的に小さいことから、前記フィルターが、２．８μｍ以下の波長領域の赤外線を透過させても、当該波長領域の赤外線の放射の影響は殆ど受けることが無い。又、有効赤外線の放射に対応する有効放射の相対分光放射束は、黒体放射の相対分光放射束よりも極めて低いことから、被射体部の温度上昇に殆ど寄与しないことが理解される。
　ここで、後述するように、ポリスチレン製フィルターを波長選択部ＩＩＩとして用いた実験例により、正常細胞及び癌細胞を同一条件下で培養実験し、有効赤外線の有無の実験結果を総合すると、６．８μｍ以下、好ましくは６．５μｍ以下の波長領域の有効赤外線の照射によって、癌細胞の増殖を抑制する働きがあるとともに、正常細胞を活性化させると言う細胞育成作用があることが分かった。また、熱源の強度を変えて、有効赤外線の照射強度を変化させ、ヒト前立腺癌細胞に照射し、培養実験した実験結果は、いずれも癌細胞の増殖は抑制されていることが分かった。また、後述する実験結果から、波長が６．５μｍ以下の赤外線の放射束（照射強度及び照射量）を増加させると、癌細胞の増殖は減少傾向を示し、短期間に増殖が抑制されることを確認できた。
　図９に示すように、光源部Ｉとして中心波長の異なる複数個の赤外線発光用のＬＥＤを用い、これらのＬＥＤの配列を適正化することによって、有効赤外線の波長領域に効果的な波長特性をもつ光源を作成することが可能である。４個のＬＥＤ（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）（Ｄ）の赤外線の放射波長は、例えば、６μｍ、５μｍ、４μｍ、３μｍである。４個のＬＥＤを１グループとして、このグループを複数構成することで、光源部Ｉ全体として、有効赤外線を照射させることが出来る。図１０（ａ）に示すように、ＬＥＤ１は、平板の表面にＬＥＤチップ２を実装している。ＬＥＤチップ２は、金属配線３によって電極４に電気的に接続されている。又、ＬＥＤチップ２の周囲には、反射板５が設けられ、赤外線の照射に指向性を持たせている。又、図１０（ｂ）に示すように、中心波長の異なる複数個のＬＥＤの配列を１グループとし、複数のグループを高密度に集積することによって、放射束を高め、必要とする波長、強度の有効赤外線の放射を得ることが可能となる。ここで、１グループは、４個のＬＥＤ１１、１２、１３、１４で構成され、複数のグループを、蛍光灯形状或いは電球形状に対応した外管バルブ１５で包含している。外管バルブ１５の両端部から、各種ＬＥＤに電力を供給するためのピン１６が突出している。図１１（ａ）に示すように、有効赤外線の波長領域の範囲内に、中心波長の異なる３個のＬＥＤを光源部Ｉとして用いれば、各ＬＥＤの中心波長に半値幅が存在することから、各ＬＥＤの赤外線が相互に重なり合って、全体として有効赤外線の波長領域を満たす。又、ＬＥＤの個数に限定は無く、例えば、図１１（ｂ）に示すように、７個のＬＥＤを光源部Ｉとして用いても良い。また、ＬＥＤは、図１２（ａ）に示すように、アルミニウム基板１上に、３種類のＬＥＤチップ２を載せ、ワイヤ３を介して金属配線４に電気的に接続している。ＬＥＤチップ２に蛍光体５を設けて、ＬＥＤチップ２の光を拡散させて、照明光源の演色性を向上させている。又、アルミニウム基板１にバンク６を設けている。又、ＬＥＤは、図１２（ｂ）に示すように、砲弾型でも良く、ＬＥＤチップ２の外装５を砲弾形状とし、当該形状の表面にレンズ機能７を持たせている。ＬＥＤチップ２は、金属配線用のフレーム８に電気的に接続される。このＬＥＤの光源からは、有効波長領域を包含する有効赤外線が、被射体部ＩＶの温度を高めることなく、照射される。
　つぎに、配光制御について述べる。被射体部ＩＶの部位が面状の場合には、光源部ＩのＬＥＤを板状に配列し、配光制御をすることなく、直接、被射体部ＩＶに有効赤外線を照射することが有効である。しかし、被射体部ＩＶの部位が平面状ではなく、特殊形状の場合、あるいは小面積の部分の場合、光源部Ｉからの有効赤外線を配光制御部ＩＩ（例えば、反射鏡ＶＩＩ）でできるだけ有効赤外線の光束を絞って、被照射体ＩＶの部位に照射すると効果的である。この配光制御部ＩＩの反射鏡ＶＩＩは、例えば、放物面鏡、楕円鏡等を用いれば良い。
　また、波長選択部ＩＩＩについて述べる。中心波長及びその半値幅が明らかな複数種類のＬＥＤを用いて、有効赤外線の有効放射を作る場合、中心波長の異なるＬＥＤを複数個並べて、一組の有効放射素子とし、この有効放射素子を複数平面状に用いて、平板状の光源部Ｉとすることで、有効赤外線を放射する光源部Ｉを構成することが出来る。この場合には、波長選択部ＩＩＩは不要となる。したがって、このような構成によって、本発明に係る細胞活性化装置を作ることも可能である。この細胞活性化装置では、被射体部ＩＶの温度を、温熱療法のように上げることなく、正常細胞を活性化し、且つ、癌細胞を死滅させることが可能となる。また、レーザーＸやＴＨｚ光源ＸＩのように、小型で中心波長の異なる光源部Ｉが用意できる場合には、当該光源部Ｉの配列によって、赤外線の照射波長に選択性をもたせ、有効赤外線の分光特性を最適化した光源部Ｉを構成することが可能となる。この場合でも、波長選択部ＩＩＩのフィルターＶや微細穴ＶＩは不要となる。また、光源部Ｉの配列に用いる基板の形状は、平板状であっても、丸状であっても構わない。また、光源部Ｉの点灯方式は、連続点灯でもパルス点灯でも構わない。
　つぎに配光制御部ＩＩの反射鏡ＶＩＩについて述べる。配光制御部ＩＩの反射鏡ＶＩＩを用いることで、光源部Ｉが比較的小型であっても、反射鏡ＶＩＩによる配光制御機能が有効に働き、有効赤外線の照射を有効に活用出来たり、被射体部ＩＶの照射面を限定して有効赤外線を照射することが出来たりする。尚、レーザーＸやＴＨｚ光源ＸＩのように、小型で中心波長の異なる光源部Ｉを用いる場合には、ＬＥＤと同様の手法によって、所要の分光特性及び所要の配光特性を得ることが可能になる。また、ＬＥＤ照明のように、赤外線の発光を全く持たない照明装置の照明下で長時間作業をする場合には、有効赤外線の照射量が不足する現象が生じる可能性がある。このような場合には、有効赤外線を照射する照明器具あるいはＬＥＤ光源内に有効赤外線を照射する光源部Ｉを内蔵する。また、有効赤外線を用いて専門的立場から癌治療に用いる場合には、有効赤外線の放射束を高める。
　後述する試験例１から試験例３において、熱放射や熱放射以外のＬＥＤ、レーザー、ＴＨｚ光源等の光源部Ｉを用い、被射体部ＩＶに有効赤外線を放射した場合、被射体部ＩＶの温度を高めることなく、有効赤外線の放射束を強める程、正常細胞は増加し、癌細胞に短期間で増殖抑制作用が働くことが明らかとなった。有効赤外線を放射しなかった場合には、癌細胞の抑制は起らないことが明らかとなった。上述の結果から、波長が６．８μｍ以下の有効赤外線の照射は、少なくともヒト前立腺癌治療の有効な手段になり得ることを示唆している。ここで、以下に、有効赤外線の照射によって、何故上述のような現象が生じるのかについて文献、資料を基に考察する。
　細胞に対する有効赤外線の照射によって、細胞を構成するアミノ酸分子は、有効赤外線と共鳴振動を起し、分子中の核は励起され、基底状態から励起状態に移行する。この励起状態における電子は、アミノ酸を構成している分子に作用し、分子構造状態を変化させる。アミノ酸分子はＣ－Ｈ、Ｏ－Ｈ、ＣＨ２、Ｃ－Ｃ等の分子が相互に結合した状態にある。これらの分子には、分子固有の吸収帯があることが知られている。言い換えれば、この吸収帯の振動数に対応した振動数（波長）の赤外線を外部から与えた時に、アミノ酸分子は共鳴を起し、アミノ酸分子と他の分子との反応性を変化させることが原因と考えられる。
　細胞の死滅は、正常および腫瘍性上皮の再生に重要な役割を果たしており、死滅現象の低下は、肺、乳房、前立腺等の転移と局所浸潤の進行に関連付けられている。有効赤外線により、腫瘍にアポトーシス回路が誘導される作用機序は、以下のように考えられている。
　即ち、有効赤外線の受光による正常細胞および癌細胞の両方に特定のＤＮＡ修復経路の活性化とアポトーシスの現象は、主に、アミノ酸分子の共鳴に起因し、Thermoeffectに起因しないと考えられる。一般的に０．３６℃の温度の上昇は、熱力学にArrheniusの式に従って、光子エネルギーのThermoeffectによって分子の動きを活性化するが、温度上昇による分子の振動が、癌増殖の抑制に直接に関与していると考えるのに少し無理がある。一方、試験例１から試験例３の実験結果では、有効赤外線が癌細胞の増殖抑制現象を起こすことを示していることから、有効赤外線に癌増殖抑制効果をもたらす科学的な理由があると考える。一方、これまでになされた分光解析により、波長６．８μｍ以下の赤外線を分子が受けると、分子の－ＯＨ基のＨがＬｉやＮａに変換されることが知られている（非特許文献１）。この変換が、癌細胞にとって致命的であると推察される。
　その理由は、下記の通りである。癌細胞では、その活動に必要な大量のＡＴＰを作るために、嫌気性解糖系が主として働いている。すなわち、解糖系で糖からピルビン酸を作り、そこから乳酸脱水素酵素の働きにより、乳酸を作る。この時に、癌細胞では２ＡＤＰを使い、一回転で２ＡＴＰを作る。通常の細胞では、ピルビン酸からアセチルＣｏＡを経てＴＣＡサイクルを回し、一回転で３６ＡＴＰをつくる。この違いこそ癌細胞が大量にグルコースを消費する理由と考えられている。癌細胞において波長６．８μｍ以下の赤外線の照射により、その嫌気性解糖系のピルビン酸や乳酸脱水素酵素のＯＨ基にＬｉやＮａの置換が起こり、必要なＡＴＰが十分に出来ないことが推察される。この結果、癌細胞では生存に必要なエネルギー不足が生じ、細胞が死に向かい、死滅回路が立ち上がるものと推察される。
　それでは、正常細胞も大きな影響をうけるのではないかと推察されるが、ＡＴＰ作製能力が２：３６＝１：１８であることが、大きく影響し、癌細胞にとって赤外線による影響が致命的になると推察される。有効赤外線により、遺伝子修復回路が立ち上がる理由は明確でないが、分子レベルの振動波として赤外線が働き、サイレントあるいは活動が低下している癌抑制や遺伝子修復遺伝子などを立ち上げていることは、今回の一連の実験で明らかである。この機構については、有効赤外線の照射による固有分子の格子振動波が、特定の分子の活性化に関連する物理・化学的な現象に基づくものと考える。
　本発明は、細胞培養時の培地温度の上昇の原因が細胞培養時の代謝エネルギーにあること、この代謝エネルギーの内の６．８μｍ以下の特定の波長領域にある赤外線が正常細胞及び癌細胞に効果的に働くことの知見に基づいて完成されたものである。
（試験例１）
　ポリスチレンフィルタを用いて、波長が６．８μｍ以下（３．３μｍ＜λ＜６．８μｍ）の有効赤外線を、ヒト正常前立腺上皮（ＰｒＥＣ）（以下正常細胞と略称）と、３種類のヒト前立腺癌細胞（ＤＵ１４５、ＰＣ－３、ＬＮＣａＰ）（以下癌細胞と略称）に放射し１２日間３７．０℃、５％のＣＯ２下で培養した。その結果、図１３に示すように、正常細胞では、有効赤外線の放射による増殖抑制はなく、細胞数は約１５０％増加していた。一方、癌細胞では、有効赤外線の照射により増殖抑制が起きていることを確認した。又、顕微鏡で癌細胞を観察した結果、癌細胞の一部が死滅していることが分かった。この実験では、有効赤外線を放射した培地温度は、有効赤外線を照射しないものに比べて０．４℃上昇していたことから、最初に２台のインキュベータを用意し、一方のインキュベータの温度を３７．０℃に設定し、他方のインキュベータの温度を３７．４℃に設定した上で、癌細胞のみを培養し、その増殖割合を比較検討した。図１３に示すように、他方のインキュベータでの癌細胞の培養結果では、一方のインキュベータでの癌細胞の培養結果と同様に、癌細胞の増殖が認められ、増殖抑制効果は認められなかった。ここで、細胞培養時の代謝熱を測定して、この値から概算した放射束は０．１４４ｍＷであった。そのため、今回の放射束での細胞培養実験の結果、細胞培養に要する時間はかかるものの、正常細胞は増加するが癌細胞の増殖速度は遅くなることが分かった。概算した放射束で、正常細胞の増加、癌細胞の増殖抑制が確認出来ていることから、この放射束は、外部から有効赤外線を照射する最低限の放射束と考えた。
（試験例２）
　試験例１において、有効赤外線の照射の効果が温度上昇によるものでないことが確認されたので、インキュベータの温度を３５．０℃に設定した培地に、予め３７℃で７日間培養した癌細胞を入れ、４０．１℃の熱板からの有効赤外線の放射により、培地温度を３７．７℃になるよう構成し、この環境下で５日間癌細胞を培養した場合と、単に、温度を３７℃に設定したインキュベータ内の培地で癌細胞を培養（培地温度３７．３℃）した場合の比較を行った。図１４に示すように、熱板からの有効赤外線の照射の場合に、癌細胞数は統計学的に有意に平均７７．４％減少した。このときの有効赤外線の放射束を計算で求めると、１．７２５ｍＷとなった。放射束が１．７２５ｍＷの時の癌細胞の増殖速度が、放射束が０．１４４ｍＷの時よりも短期間となり、癌細胞の増殖速度が相対的に低下する結果を得た。この試験では、培養７日目と１２日目に癌細胞からｍＲＮＡを回収し、ＤＮＡアレイとＲｅａｌ　ｔｉｍｅ－ＰＣＲにより、長期間の有効赤外線の暴露が癌検体と正常検体の遺伝子修復回路を立ち上げていることを確認できた。
（試験例３）
　自由電子レーザーを用い、波長が４．８μｍであり、放射束が８ｍＷであり、周波数が５Ｈｚ／ｓｅｃの有効赤外線を５パルス、癌検体と正常検体に照射して、癌細胞のβシートに対するαへリックスの比を測定した。その結果、図１５に示すように、有効赤外線の照射により癌細胞のβシートに対するαへリックスの比は増加していることが確認された。これは、有効赤外線の照射により癌細胞の蛋白質が崩壊している証拠である。このことは、波長が６．８μｍ以下の有効赤外線が、癌細胞の遺伝子修復回路を立ち上げ、癌細胞の増殖を抑制する事実を示している。この事実は、副作用のない新しい癌制御の物理的な手段を我々に与える可能性を秘めている。同時に、一連の実験の結果は、我々の日常生活の中で、有効赤外線が身体を健康に維持するための重要な役割を演じていることを示唆しているとも言える。
　以上、本発明の細胞活性化装置における好ましい実施形態を図示して説明してきたが、本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の変更が可能であることは理解されるであろう。
　本発明の細胞活性化装置は、細胞活性化を行う装置及び方法として広く用いることができる。例えば、患者は日常生活を送りながら癌の治療を受けることができるため、癌治療の支援に対して広く用いることができる。また、癌予防としても有効な手段と考える。その他、有効赤外線が存在しない環境下、仮に存在しても有効赤外線の放射量が少ない環境下での作業において、将来発生する新たな環境変化に対しての健康維持手段や健康機器や治療機器の開発にも大きく貢献できるものと考える。
 

Claims (3)

  1. [規則91に基づく訂正 27.11.2015]　
    　癌細胞を含む患部包含組織に対して、波長３．３μｍ～６．８μｍの有効赤外線を、少なくとも０．１ｍＷ以上の放射束で、光源部を用いて照射し、
    　前記光源部が発熱を殆ど伴わない場合、前記有効赤外線以外の放射束を、当該有効赤外線の放射束よりも低く設定することで、前記患部包含組織の温度を４１℃未満の状態とすることを特徴とする細胞活性化装置。
  2. [規則91に基づく訂正 27.11.2015]　
    　癌細胞を含む患部包含組織に対して、波長３．３μｍ～６．８μｍの有効赤外線を、少なくとも０．１ｍＷ以上の放射束で、光源部を用いて照射し、
    　前記光源部が発熱を伴う場合、前記患部包含組織を冷却する冷却部を設けることで、前記患部包含組織の温度を４１℃未満の状態とすることを特徴とする細胞活性化装置。
  3. [規則91に基づく訂正 27.11.2015]　
    　本細胞活性化装置が、前記光源部からの赤外線のうち、前記有効赤外線のみを通過させて、前記患部包含組織に照射させる波長選択部を備える場合、
    　前記冷却部は、前記波長選択部と前記患部包含組織との間の空隙に設けられ、前記光源部からの熱を前記空隙の空気中に放熱する自然空冷、又は強制冷却用ファンにより前記光源部からの熱を含む前記空隙の空気を強制的に流す強制空冷である
    　請求項２に記載の細胞活性化装置。
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