WO2022149550A1 - 注入器 - Google Patents

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WO2022149550A1
WO2022149550A1 PCT/JP2021/048866 JP2021048866W WO2022149550A1 WO 2022149550 A1 WO2022149550 A1 WO 2022149550A1 JP 2021048866 W JP2021048866 W JP 2021048866W WO 2022149550 A1 WO2022149550 A1 WO 2022149550A1
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gas
biomolecule
injection
solution containing
injector
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裕子 坂口
和宏 寺居
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株式会社ダイセル
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    • C12N15/89—Introduction of foreign genetic material using processes not otherwise provided for, e.g. co-transformation using microinjection

Definitions

  • This disclosure relates to an injector.
  • a needled syringe that injects through an injection needle
  • a needleless syringe that injects without an injection needle
  • an injection needle for transporting the drug solution to an injection target.
  • catheters equipped with a drive source and the like.
  • the needleless syringe may be configured to inject the injection component by applying pressure to the storage chamber in which the injection liquid is stored by a pressurized gas, a spring, or an electromagnetic force.
  • a configuration is adopted in which a plurality of nozzle holes are formed inside the syringe body and a piston driven at the time of injection is arranged corresponding to each nozzle hole (Patent Document 1).
  • Patent Document 3 A technique for injecting a drug solution after providing a gas pocket on the outlet side in the drug solution chamber has been disclosed because it is significantly attenuated by the length of time sensed between the drug solution and the patient's skin.
  • Patent Document 4 an in vitro test has been reported in which DNA can be efficiently introduced into the cells of an adherent cell line by containing air in the containment chamber of a needleless syringe (in vitro test).
  • An object of the present disclosure is to provide an injector in which, at least, when a solution containing a biomolecule is injected into an injection target, the proportion of the biomolecule that functions in the injection target is large.
  • One embodiment of the present disclosure is An injector that injects a solution containing biomolecules and a predetermined gas into an injection target without using an injection needle.
  • An accommodating portion accommodating the solution containing the biomolecule and the gas,
  • a nozzle portion that communicates with the accommodating portion and has an ejection port for ejecting the solution containing the biomolecule and the gas toward the injection target.
  • the solution containing the biomolecule and the gas are ejected from the injection port toward the injection target.
  • Department and It is an injector equipped with.
  • the injector preferably has a volume of the gas housed in the housing section of 20% or more and 60% or less of the volume of the housing section.
  • the injector also preferably has the gas being air.
  • the injector also preferably has the biomolecule DNA containing a gene.
  • the present disclosure can also provide a method of injecting a solution containing a biomolecule and a predetermined gas into an injection target by using the injector.
  • the present disclosure can at least have the effect that when a solution containing a biomolecule is injected into the injection target, the proportion of the biomolecule that functions in the injection target is large.
  • One embodiment of the present disclosure is An injector that injects a solution containing biomolecules and a predetermined gas into an injection target without using an injection needle.
  • An accommodating portion accommodating the solution containing the biomolecule and the gas,
  • a nozzle portion that communicates with the accommodating portion and has an ejection port for ejecting the solution containing the biomolecule and the gas toward the injection target.
  • the solution containing the biomolecule and the gas are ejected from the injection port toward the injection target.
  • Department and It is an injector equipped with.
  • the biomolecule injected into the injection target is not particularly limited as long as it functions in the injection target when injected into the injection target.
  • the biomolecule may be a natural product or an artificially synthesized one.
  • nucleic acids or derivatives thereof nucleosides, nucleotides or derivatives thereof; amino acids, peptides, proteins or derivatives thereof; lipids or derivatives thereof; metal ions; low molecular weight compounds or derivatives thereof; antibiotics; vitamins or derivatives thereof.
  • it may be DNA or RNA, and they may contain a gene.
  • a free plasmid DNA containing a luciferase gene is used as a biomolecule, and the luciferase gene is used as a reporter gene.
  • the biomolecule injected into the injection target functions in the injection target when injected into the injection target, the biomolecule is stably present, and there is no adverse effect such as destroying the injection target.
  • a free form, a form fixed to a carrier such as nanoparticles, or a modified form, including a solvent is not particularly limited.
  • the DNA contains a gene, it may be designed in a form in which the gene is contained in an expression cassette or an expression vector.
  • the gene may be arranged under the control of a promoter suitable for the injection target and the injection site into which the DNA is injected. That is, known genetic engineering techniques can be used in any of the embodiments.
  • a mammalian expression vector pGL4.13 [luc2 / SV40] Vector (manufactured by Promega), is used as the expression vector.
  • the plasmid vector is known and can be obtained by those skilled in the art. Subcloning of expression vectors and recombinant vectors can be performed according to known methods.
  • the injector of this embodiment contains a predetermined gas in a housing portion thereof.
  • a predetermined gas when the solution containing the biomolecule is injected into the injection target, the biomolecule functions in the injection target, the biomolecule exists stably, and the injection target is destroyed.
  • air can be exemplified.
  • the air may be generally used air, and its composition is not particularly limited.
  • a mixed gas of about 80% nitrogen and about 20% oxygen can be mentioned.
  • examples of the gas include nitrogen, oxygen, ozone, carbon dioxide, hydrogen, and carbon monoxide, and a mixed gas of two or more of these can be exemplified.
  • the gas is a gas that does not contain microorganisms or the like, or a gas that is dead even if it contains microorganisms or the like.
  • the injection of the solution containing the biomolecule into the injection target is started while the gas is dissolved in the solution containing the biomolecule with pressurization, and the solution with the biomolecule is reduced.
  • the solution containing the biomolecule can be injected into the injection target while giving a large shear stress to the injection target, and as a result, the injection is performed. It is presumed that the proportion of biomolecules that function in the subject will increase.
  • such a mechanism when the solution containing the biomolecule is injected into the cell, such a mechanism preferably increases the solution containing the biomolecule that passes through the cell membrane and is injected into the cell, resulting in an increase. It is presumed that the proportion of biomolecules that function in the injection target will increase.
  • the volume of the gas contained in the housing is too large with respect to the volume of the housing, the amount of the solution containing the biomolecule in the housing is small, so that all of the gas is described. It is presumed that the injection of the solution containing the biomolecule is completed before it dissolves in the solution containing the biomolecule, and sufficient share stress is not given to the injection target. That is, it is presumed that the large volume of the gas contained in the housing does not necessarily mean that the proportion of biomolecules that function in the injection target is large with respect to the volume of the housing. On the other hand, if the volume of the gas contained in the housing is too small with respect to the volume of the housing, the gas is to be injected while being pressurized and dissolved in the solution containing the biomolecule.
  • the volume of the gas contained in the housing is preferably 20% or more, more preferably 30% or more, and more preferably 60% or less, more than the volume of the housing. It is preferably 50% or less.
  • Examples of cases where the proportion of biomolecules that function in the injection target are large include the following when DNA as a biomolecule contains a gene.
  • a solution containing DNA is injected into the injection target (this is referred to as aspect C). )
  • the expression level of the gene per unit DNA amount injected into the injection target is defined as "expression level C”.
  • the storage unit contains the DNA and the gas so that the total volume of the solution containing the DNA and the gas is the same as the volume of the solution containing the DNA contained in the storage unit in the embodiment C.
  • Expression level of the gene per unit DNA amount injected into the injection target is defined as "expression level A" when the gas is injected into the injection target.
  • Expression level C ⁇ Expression level A This is the case.
  • a tissue is collected in a cylindrical shape having an arbitrary radius around the injection port after injection, a sample is prepared by a known biological method, and the sample is prepared. It can be confirmed by the gene expression assay.
  • a known method can be appropriately used depending on the type of the gene and the like, and for example, when the gene is a luciferase gene, assaying the amount of luminescence using luciferin as a substrate can be mentioned.
  • the injection target in this embodiment is, for example, one or more selected from the group consisting of cells, cell sheets, cell masses, tissues, organs (skin, organs, etc.), organ systems, individuals (living bodies), and the like, and is often limited. There is no. It may be any of in vitro system, in vivo system, ex vivo system and the like.
  • the cell mass may be a cell mass obtained by three-dimensional culture, and the organ (skin, organ, etc.) may be an organoid.
  • the injection when the injection is performed to the injection target, the injection may be performed in the lower layer included in the injection target. That is, for example, when an individual (living body) is to be injected, it may be injected into a tissue contained in the individual (living body) or a cell contained in the individual (living body), both of which may be injected. May be injected into. Further, when a tissue is targeted for injection, the tissue may be injected into the cells contained in the tissue, the extracellular matrix contained in the tissue may be injected, or both may be injected.
  • the injection target in this embodiment is one or more selected from the group consisting of cells, cell sheets, cell masses, tissues, organs (skin, organs, etc.), and organ systems
  • the injection target in this embodiment is selected from a group consisting of cells, cell sheets, cell clusters, tissues, organs (skin, organs, etc.) and organ systems derived from stem cells such as iPS cells (artificial pluripotent stem cells). These may be one or more, and these may be in a state of being present in an individual (living body) or in a state of not being present in an individual (living body) (for example, a state of being removed or separated from the individual (living body)). Or, it may be a state produced outside an individual (living body).
  • the cell mass may be a cell mass obtained by three-dimensional culture, and the organ (skin, organ, etc.) may be an organoid.
  • the individual (living body) is preferably a mammalian individual (living body).
  • the mammal is not particularly limited, and examples thereof include humans and mammals other than humans. Examples of mammals other than humans include mice, rats, guinea pigs, hamsters, cows, goats, sheep, pigs, monkeys, dogs, cats and the like.
  • the injection when the injection is performed into a cell, the injection may be made into the cytoplasm of the cell or the cell nucleus of the cell. , Both in the cytoplasm and nucleus of the cell may be injected.
  • the injection target in the present embodiment is not particularly limited, but is preferably one or more selected from the group consisting of the intradermal, subcutaneous, and muscular layers in the skin of an individual (living body) of a mammal. ..
  • the solution containing the biomolecule and the gas are injected from the injector toward the skin surface and injected into the skin, and the group is selected from the group consisting of the intradermal, subcutaneous and lower muscle layers in the skin. It is possible to adopt a method of injecting more than one.
  • the "tip side” means the side on which the injection port from which the solution containing the biomolecule and the predetermined gas are ejected from the injector is arranged, and is referred to as the "base end side”. Means the side of the injector opposite to the tip side, and these terms do not specifically refer to a particular location or location.
  • the driving unit applies injection energy in order to inject the solution containing the biomolecule and the gas into the injection target.
  • the injection energy from the driving unit is used to pressurize the solution containing the biomolecule and the gas contained in the accommodating portion by the pressurizing unit. By doing so, the solution containing the biomolecule and the gas flow through the flow path of the accommodating portion.
  • the injection energy may be the injection energy used in a conventional injector, for example, combustion energy such as explosives, generated energy such as a gas generating agent, electrical energy such as a piezoelectric element, mechanical energy such as a spring, and the like. And energy in which these forms of energy are appropriately combined can be used.
  • the explosives include, for example, explosives containing zirconium and potassium perchlorate (ZPP), explosives containing titanium hydride and potassium perchlorate (THPP), titanium and perchlorine.
  • ZPP zirconium and potassium perchlorate
  • THPP titanium hydride and potassium perchlorate
  • APP gunpowder containing aluminum and potassium perchlorate
  • ABO gunpowder containing aluminum and bismuth oxide
  • AMO molybdenum oxide
  • An explosive (ACO) an explosive containing aluminum and iron oxide (AFO), or an explosive containing a plurality of combinations thereof can be mentioned.
  • the characteristic of these explosives is that even if the combustion product is gas at high temperature, it does not contain a gas component at room temperature, so that the combustion product immediately condenses after ignition.
  • the temperature of the combustion product at the time of pressurization is adjusted to the solution containing the biomolecule and the gas by burning the igniter.
  • the pressure applied to the gas can be changed to near room temperature in a short time after reaching the first peak emission output.
  • the gas generating agent is a single-based smokeless powder (for example, 98% by mass of nitrocellulose, 0.8% by mass of diphenylamine, 1.2% by mass of potassium sulfate). Included is single-based smokeless powder), and various gas generators used in gas generators for airbags and gas generators for seatbelt pretensioners can also be used.
  • the pressurizing portion pressurizes the solution containing the biomolecule and the gas contained in the accommodating portion during operation to pressurize the solution containing the biomolecule and the biomolecule from the ejection port.
  • the gas is injected toward the injection target.
  • the pressurization by the pressurizing portion is not particularly limited as long as the system is not destroyed, for example, by destroying the accommodating portion, and pressurization conditions in a normal injector can be adopted.
  • the pressure is the pressure inside the accommodating portion.
  • the measuring method is not particularly limited, but for example, in the case of measuring using the injector described in the examples described later, the measuring method may be performed by the method described in the "Measuring method of pressure in the accommodating portion" column described later. can.
  • the injection energy from the drive unit is transmitted to the plunger via the piston, and the plunger slides in the accommodating portion to form a solution containing the biomolecule and the gas contained in the accommodating portion in the nozzle portion. It is extruded along the flow path and finally ejected from the ejection port toward the injection target.
  • the storage portion may or may not contain the solution containing the biomolecule and the gas from the beginning, and if not contained, the solution containing the biomolecule via a nozzle having an ejection port. It can be accommodated by sucking the gas into the accommodating portion. As described above, by adopting a configuration that requires a storage operation in the storage portion, it is possible to inject a solution and a gas containing any required biomolecule into the injection target. Therefore, in the injector of the present embodiment, the syringe portion and the injector main body may be detachably configured. Further, although the accommodating portion accommodates the solution containing the biomolecule and the gas, it is preferable that the accommodating portion accommodates the solution containing the biomolecule on the distal end side.
  • the gas is accommodated on the proximal end side in the accommodating portion. From this, it can be said that it is preferable that the gas is not accommodated on the tip side in the accommodating portion.
  • the solution containing the biomolecule is first sucked into the accommodating portion through a nozzle having an injection port, then the gas is sucked into the accommodating portion, and then the injector is lightly shaken in the accommodating portion. It can be prepared so that the solution containing the biomolecule is accommodated on the tip side. Further, the gas is first sucked into the accommodating portion through a nozzle having an injection port, and then the position of the gas is maintained so that the accommodating gas exists on the proximal end side in the accommodating portion. , The solution containing the biomolecule can be sucked into the accommodating portion to prepare.
  • the injector of the present embodiment is a conventional injector that can be used to inject an injection solution into an injection target without using an injection needle, and the container contains the solution containing the biomolecule and the gas. You can get it.
  • Such conventional injectors include, for example, the injector described in International Publication No. 2019/156238, the injector described in International Publication No. 2019/156239, and the injector described in International Publication No. 2019/156237. , The injector described in Japanese Patent No. 5989039 and the like.
  • the syringe 1 (needleless syringe) will be described as an example of the injector of the present embodiment with reference to the drawings.
  • the configuration of the following embodiment is an example, and is not limited to the configuration of the present embodiment.
  • the terms “tip side” and “base end side” are used to indicate the relative positional relationship of the syringe 1 in the longitudinal direction.
  • the "tip side” represents a position closer to the tip of the syringe 1, which will be described later, that is, a position closer to the ejection port 31a
  • the "base end side” is a direction opposite to the "tip side” in the longitudinal direction of the syringe 1. That is, it represents the direction on the drive unit 7 side.
  • this example is an example in which the combustion energy of the explosive ignited by the ignition device is used for pressurization as injection energy, but the present embodiment is not limited to this.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a syringe 1, and is also a cross-sectional view of the syringe 1 along its longitudinal direction.
  • the syringe 1 is a syringe assembly 10 in which a sub-assembly composed of a syringe unit 3 and a plunger 4 and a sub-assembly composed of a syringe body 6, a piston 5, and a drive unit 7 are integrally assembled. , It is configured to be attached to the housing (syringe housing) 2.
  • the syringe assembly 10 is configured to be removable with respect to the housing 2.
  • the accommodating portion 32 formed between the syringe portion 3 and the plunger 4 included in the syringe assembly 10 is filled with a solution containing a biomolecule and a predetermined gas, and the syringe assembly 10 is the living body. It is a unit that is thrown away every time a solution containing molecules and the gas are injected.
  • the housing 2 side includes a battery 9 that supplies electric power to the igniter 71 included in the drive unit 7 of the syringe assembly 10.
  • Power is supplied from the battery 9 to the electrode on the housing 2 side and the electrode on the drive unit 7 side of the syringe assembly 10 via wiring by the user pressing a button 8 provided on the housing 2. Will be done between.
  • the shapes and positions of both electrodes are designed so that the electrodes on the housing 2 side and the electrodes on the drive unit 7 side of the syringe assembly 10 automatically contact each other when the syringe assembly 10 is attached to the housing 2.
  • the housing 2 is a unit that can be used repeatedly as long as the electric power that can be supplied to the drive unit 7 remains in the battery 9. In the housing 2, when the power of the battery 9 is exhausted, only the battery 9 may be replaced and the housing 2 may be used continuously.
  • the syringe portion 3 is formed with an accommodating portion 32 which is a space capable of accommodating the solution containing the biomolecule and the gas. More specifically, as shown in FIG. 1, the plunger 4 is slidably arranged along the inner wall surface extending in the axial direction of the syringe portion 3, and the inner wall surface of the syringe portion 3 and the plunger 4 cause the accommodating portion 32 to be slidably arranged. It is defined.
  • the syringe portion 3 has a nozzle portion 31 communicating with the accommodating portion 32, and an injection port 31a is formed on the tip end side of the nozzle portion 31.
  • the cross-sectional area of the flow path of the nozzle portion 31 gradually decreases from the accommodating portion 32 side toward the injection port 31a side, and the solution containing biomolecules and a predetermined gas filled in the accommodating portion 32 are injected into the nozzle portion 31. It is a flow path for leading to 31a.
  • the shape of the tip side of the plunger 4 substantially matches the shape of the nozzle portion 31.
  • the piston 5 is made of metal, for example, and is pressurized by a combustion product (combustion gas) generated by the igniter 71 of the drive unit 7 to slide through a through hole formed inside the syringe body 6. It is configured as follows.
  • the syringe body 6 is a substantially cylindrical member, and the piston 5 is slidably housed along an inner wall surface extending in the axial direction thereof.
  • the piston 5 may be made of resin, and in that case, a metal may be used in combination with a portion where heat resistance and pressure resistance are required. Further, as shown in FIG. 1, the piston 5 is integrally connected to the plunger 4.
  • the drive unit 7 As shown in FIG. 1, the drive unit 7 is fixed to the proximal end side with reference to the through hole in the syringe body 6.
  • the drive unit 7 has an igniter 71, which is an electric igniter.
  • the igniter 71 is arranged so as to face the inside of the through hole in the syringe body 6, and the igniter is housed in the igniter 71.
  • the igniting agent various explosives can be adopted as described above. Further, the igniter can be housed in, for example, an explosive cup made of an appropriate thin-walled metal.
  • the syringe 1 configured as described above is adjusted so that the volume of the gas contained in the storage unit 32 is, for example, 20% or more and 60% or less of the volume of the storage unit 32.
  • the operation contents of the syringe 1 having the above configuration will be described.
  • a solution containing biomolecules and a predetermined gas are sucked from the ejection port 31a of the nozzle portion 31.
  • the solution containing the biomolecule and the predetermined gas can be filled in the accommodating portion 32.
  • the operation is driven from the battery 9 using this as a trigger. Operating power is supplied to the igniter 71 of the unit 7, and the igniter 71 operates.
  • the igniter 71 When the igniter 71 is activated, the igniter is ignited and burned to generate a combustion product (flame, combustion gas, etc.). As a result, for example, the explosive cup of the igniter 71 is cleaved, and the combustion gas of the igniter is discharged into the through hole in the syringe body 6. As a result, the pressure in the through hole of the syringe body 6 rapidly increases, and the piston 5 is pressed toward the tip side of the syringe body 6, and as a result, the piston 5 is directed toward the tip side along the inner wall surface of the through hole in the syringe body 6. And the piston 5 slides.
  • a combustion product flame, combustion gas, etc.
  • the plunger 4 since the plunger 4 is integrally connected to the piston 5, the plunger 4 also slides along the inner wall surface of the syringe portion 3 in conjunction with the piston 5. That is, when the plunger 4 is pushed toward the nozzle portion 31 located on the distal end side of the syringe portion 3, the volume of the accommodating portion 32 in which the solution containing the biomolecule and the predetermined gas are contained decreases, and the volume suddenly decreases. It will be pressurized. As a result, the solution containing the biomolecules and the predetermined gas filled in the accommodating portion 32 are pushed into the nozzle portion 31, and are ejected from the ejection port 31a at high pressure. This makes it possible to inject a solution containing biomolecules and a predetermined gas into the injection target.
  • a gas generator or the like that burns with a combustion product generated by combustion of explosives in the igniter 71 to generate gas can also be arranged in the igniter 71 or in the through hole of the syringe body 6.
  • the configuration for arranging the gas generating agent in the igniter 71 is a technique already known as disclosed in International Publication No. 01-031282, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-25950, and the like.
  • the gas generating agent a single-based smokeless powder containing 98% by mass of nitrocellulose, 0.8% by mass of diphenylamine, and 1.2% by mass of potassium sulfate can be mentioned. It is also possible to use various gas generators used in gas generators for airbags and gas generators for seatbelt pretensioners. By adjusting the size, size, and shape of the gas generating agent when it is placed in the through hole, particularly the surface shape, it is possible to change the combustion completion time of the gas generating agent.
  • the pressure transition applied to the solution containing the biomolecule and the gas can be a desired transition, that is, a transition in which the solution containing the biomolecule and the gas can appropriately reach the injection target.
  • the drive unit 7 also includes a gas generating agent or the like used as needed.
  • the "pressurizing portion" is configured including the plunger 4 and the piston 5.
  • Another embodiment of the present disclosure is a method of injecting a solution containing a biomolecule and a predetermined gas into an injection target by using the injector of the above embodiment.
  • the solution containing the injector, the injection target, and the biomolecule in this embodiment the above description of the embodiment is incorporated.
  • Example 1 As a plasmid, pGL4.13 [luc2 / SV40] Vector (promega) was prepared, and the required amount was amplified to prepare a plasmid having a concentration of 1 ⁇ g / ⁇ L. The plasmid solution was sucked up into the syringe container (volume: 100 ⁇ L) from the nozzle of the syringe by 100 ⁇ L, 80 ⁇ L, 70 ⁇ L, 50 ⁇ L, 40 ⁇ L, or 30 ⁇ L.
  • the plunger was pulled up to the scale of 100 ⁇ L without sucking up the plasmid solution, and filled with air in a normal laboratory. That is, they have a volume of air contained in the accommodating portion of 0%, 20%, 30%, 50%, 60%, and 70%, respectively, of the volume of the accommodating portion (hereinafter, said accommodating portion).
  • the volume of air contained in the container with respect to the volume of the above is sometimes referred to as "air abundance"), and the amount of plasmid to be injected is 100 ⁇ g, 80 ⁇ g, 70 ⁇ g, 50 ⁇ g, 40 ⁇ g, and 30 ⁇ g, respectively. ..
  • the air in the storage portion at the time of injection was stored in the proximal end side, and the plasmid solution was accommodated in the distal end side.
  • the injector is used as a device for injecting the injection into the abdomen of a test animal, which will be described later, and is the injector shown in FIG.
  • 35 mg of ZPP is used as an igniter
  • 40 mg of a single-based smokeless powder (containing 98% by mass of nitrocellulose, 0.8% by mass of diphenylamine, and 1.2% by mass of potassium sulfate) is used as a gas generating agent. did.
  • the conventional technique was used to measure the time from the start of pressurization until the pressure reaches the maximum pressure and the maximum pressure.
  • the injection force is distributed and applied to the diaphragm of the load cell arranged downstream of the nozzle, and the output from the load cell is the detection amplifier. It was measured by a method in which it was collected by a data collection device and stored as an hourly emission output (N).
  • the injection pressure was calculated by dividing the injection pressure measured in this way by the area of the injection port 31a of the injector.
  • the measured value by the internal pressure measurement of the accommodating portion is equivalent to the injection pressure, and the injection pressure can be used as the pressure inside the accommodating portion.
  • the maximum pressure was 10.3 MPa.
  • a domestic pig (Specific Pathogen Free, SPF) was used as a test animal, anesthetized in advance, and after shaving, the injection in the injector was injected into the abdomen. After the injection, the animals were kept for about 24 hours and euthanized by blood removal under anesthesia.
  • the injection site is hollowed out with a biopsy trepan ⁇ 8.0 mm (shell mark), collected in a 2.0 mL tube, and 1 mL each of Passive Lysis 5 ⁇ Buffer (Promega) diluted 5 times with Milli-Q water is added to about 1 mm. Mince with scissors until it becomes a piece of skin.
  • the Luciferase Assay System (Promega) was used for luciferase measurement. That is, 20 ⁇ L of the protein extract was added to 100 ⁇ L of the substrate solution, mixed, and the luminescence amount (RLU) was measured with Lumitester C (Kikkoman).
  • Example 1 Separately, the following comparative experiment was conducted. That is, the same operation as in Example 1 was performed except that the same amount of TE buffer (Nacalai Tesque) was filled in place of the air. As a result, it was confirmed that the plasmid concentration did not affect the expression efficiency per 1 ⁇ g of the plasmid.

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Abstract

本開示の課題は、少なくとも、注入対象に生体分子を含む溶液を注入した際に、該注入対象において機能する生体分子の割合が大きい注入器の提供である。　該課題を、注射針を介することなく生体分子を含む溶液と所定の気体とを注入対象に注入する注入器であって、前記生体分子を含む溶液と前記気体とを収容した収容部と、前記収容部と連通するノズル部であって、前記生体分子を含む溶液と前記気体とを前記注入対象に向けて射出するための射出口を有するノズル部と、作動時に前記収容部に収容されている前記生体分子を含む溶液と前記気体とを加圧することで前記射出口から前記生体分子を含む溶液と前記気体とを前記注入対象に向けて射出する加圧部と、を備える注入器で解決する。

Description

注入器
　本開示は、注入器に関する。
　生体等に薬液を注入する注入器として、注射針を介して注射を行う有針注射器、注射針を介することなく注射を行う無針注射器のほか、薬液を注入対象に輸送するために注射針や駆動源を備えたカテーテルなどが存在する。
　このうち無針注射器では、加圧ガスやバネ、電磁力により注射液が収容された収容室に対して圧力を加えることで注射成分を射出する構成が採られることがある。例えば、注射器本体の内部に複数のノズル孔が形成されるとともに、各ノズル孔に対応して射出時に駆動されるピストンを配置させる構成が採用されている（特許文献１）。この構成により、複数のノズル孔から注射液を同時に噴射させて対象への均一な注射を実現しようとしている。そして、ルシフェラーゼ遺伝子を含むプラスミドをラットに注射し、高効率に細胞移入できている。
　また、無針注射器での注射液の射出動力源として、加圧ガスを利用する形態がある。例えば、射出初期に瞬間的に大きな加圧を行った後、40～50msecかけて加圧力を徐々に低減させていく加圧形態が例示されている（特許文献２）。
　一方で、注入時に薬液のみならず空気を混在させて注入する方法が知られている。例えば、骨髄異形成症候群の治療薬であるアザシチジンを有針注射器で皮下投与する際、空気を混在させないで通常の投与をすると、注射痕が赤くなる、注射部位の痛み、注射部位があざになるなどの患者が不快になるような副作用があるのに対し、空気を混在させて投与すると、上皮と薬液との接触が防がれて副作用が軽減されることが報告されている（非特許文献１）。
　また、無針注射器を用いた注入の際、薬液チャンバの射出口で薬液と患者の皮膚とが予め接触している状態で注入をすると、駆動バーが薬液に衝突して発生する衝撃力が、薬液と患者の皮膚との間で感知される時間長によって大幅に減衰されてしまうため、薬液チャンバ内の射出口側にガス・ポケットを設けた上で薬液を注入する技術が開示されている（特許文献３）。
　さらに、生体を対象にした試験ではないが、無針注射器の収容室が空気を含むことによって、DNAを接着系株化細胞の細胞内へ効率よく導入できるというin vitro試験が報告されている（特許文献４）。
特開２００４－３５８２３４号公報 米国特許出願公開第２００５／００１０１６８号明細書 特開２００２－１４３３０２号公報 国際公開第２０２０／１１６３５３号
Can. Oncol. Nurs. J., 22(4):222-34, 2012
　本開示の課題は、少なくとも、注入対象に生体分子を含む溶液を注入した際に、該注入対象において機能する生体分子の割合が大きい注入器の提供である。
　本開示の一実施形態は、
　注射針を介することなく生体分子を含む溶液と所定の気体とを注入対象に注入する注入器であって、
　前記生体分子を含む溶液と前記気体とを収容した収容部と、
　前記収容部と連通するノズル部であって、前記生体分子を含む溶液と前記気体とを前記注入対象に向けて射出するための射出口を有するノズル部と、
　作動時に前記収容部に収容されている前記生体分子を含む溶液と前記気体とを加圧することで前記射出口から前記生体分子を含む溶液と前記気体とを前記注入対象に向けて射出する加圧部と、
　を備える、注入器である。
　前記注入器は、前記収容部に収容された前記気体の体積は、前記収容部の容積の２０％以上６０％以下であることを好ましい態様としている。
　前記注入器はまた、前記気体が空気であることを好ましい態様としている。
　前記注入器はまた、前記生体分子が遺伝子を含むＤＮＡであることを好ましい態様としている。
　本開示はまた、前記注入器を用いて、注入対象に生体分子を含む溶液と所定の気体とを注入する方法を提供することができる。
　本開示は、少なくとも、注入対象に生体分子を含む溶液を注入した際に、該注入対象において機能する生体分子の割合が大きいという効果を奏しうる。
本開示の一実施態様に係る注入器の概略構成を示す図である。
　各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は、一例であって、本開示の主旨から逸脱しない範囲内で、適宜、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。本開示は、実施形態によって限定されることはなく、クレームの範囲によってのみ限定される。
　本開示の一実施態様は、
　注射針を介することなく生体分子を含む溶液と所定の気体とを注入対象に注入する注入器であって、
　前記生体分子を含む溶液と前記気体とを収容した収容部と、
　前記収容部と連通するノズル部であって、前記生体分子を含む溶液と前記気体とを前記注入対象に向けて射出するための射出口を有するノズル部と、
　作動時に前記収容部に収容されている前記生体分子を含む溶液と前記気体とを加圧することで前記射出口から前記生体分子を含む溶液と前記気体とを前記注入対象に向けて射出する加圧部と、
　を備える、注入器である。
（生体分子）
　本態様における、注入対象に注入される生体分子とは、注入対象に注入された際に該注入対象において機能するものであれば特に制限されない。また、該生体分子は天然物であってもよいし、人工的に合成されたものであってもよい。例えば、核酸又はその誘導体；ヌクレオシド、ヌクレオチド、又はそれらの誘導体；アミノ酸、ペプチド、タンパク質、又はそれらの誘導体；脂質又はその誘導体；金属イオン；低分子化合物、又はその誘導体；抗生物質；ビタミン又はその誘導体等が挙げられる。核酸であれば、ＤＮＡでもＲＮＡでもよく、それらは遺伝子を含んでもよい。後述の実施例では、生体分子として、ルシフェラーゼ遺伝子を含む遊離のプラスミドＤＮＡを用い、該ルシフェラーゼ遺伝子をレポーター遺伝子として用いている。
　注入対象に注入される生体分子は、注入対象に注入された際に該注入対象において機能し、また、生体分子が安定して存在し、また、該注入対象を破壊するなどの悪影響がなければ、遊離の形態でもナノ粒子等の担体に固定されている形態でもよく、修飾されていてもよく、溶媒を含め、その態様は特に限定されない。
　前記ＤＮＡが遺伝子を含む場合には、発現カセットや発現ベクターに該遺伝子が含まれた形態で設計されること等が挙げられる。さらに、例えば、前記ＤＮＡが注入される注入対象および注入部位に適したプロモーターの制御下に遺伝子が配置されていてもよい。すなわち、いずれの態様においても公知の遺伝子工学的手法を用いることができる。後述の実施例では、発現ベクターとして、哺乳類発現ベクターであるpGL4.13[luc2/SV40]Vector（プロメガ社製）を用いている。当該プラスミドベクターは公知であり、当業者であれば入手可能である。発現ベクター及び組換えベクターのサブクローニングは公知の方法に従って行うことができる。
（所定の気体）
　本実施態様の注入器は、その収容部が所定の気体を含む。
　前記気体としては、注入対象に前記生体分子を含む溶液が注入された際に該生体分子が該注入対象において機能し、また、前記生体分子が安定して存在し、また、該注入対象を破壊するなどの悪影響がなければ特に制限されないが、空気が例示できる。前記空気は、一般的に用いられる空気であってよく、その組成は特段限定されない。例えば、約８割の窒素と約２割の酸素の混合気体が挙げられる。また、前記気体としては、窒素、酸素、オゾン、二酸化炭素、水素、一酸化炭素が例示でき、これらのうちのいずれか二種以上の混合気体が例示できる。また、好ましい一態様では、前記気体は、微生物等を含まない気体や、微生物等を含む場合でもそれが死滅した気体である。
　本実施態様において、前記収容部に前記気体が存在することにより、加圧とともに前記生体分子を含む溶液に前記気体が溶け込みながら注入対象への前記生体分子を含む溶液の注入が始まり、減圧とともに前記生体分子を含む溶液に溶け込んでいた前記気体の一部が気体に戻ることで、注入対象に大きなシェアストレスを与えながら前記生体分子を含む溶液を注入対象へ注入することができ、その結果、注入対象において機能する生体分子の割合が大きくなると推測される。また、前記生体分子を含む溶液が細胞に注入される場合には、そのような機構によって、好ましくは、細胞膜を通過して細胞内に注入される前記生体分子を含む溶液が増加し、その結果、注入対象において機能する生体分子の割合が大きくなると推測される。
　このとき、前記収容部の容積に対して、前記収容部に収容された前記気体の体積が大きすぎると、前記収容部内の前記生体分子を含む溶液の量が少ないため、前記気体のすべてが前記生体分子を含む溶液に溶け込む前に注入対象への前記生体分子を含む溶液の注入が完了してしまい、注入対象に十分なシェアストレスが与えられないと推測される。すなわち、前記収容部の容積に対して、前記収容部に収容された前記気体の体積が大きいからといって、注入対象において機能する生体分子の割合が必ずしも大きくなるわけではないと推測される。
　一方で、前記収容部の容積に対して、前記収容部に収容された前記気体の体積が小さすぎると、上記と同様に、加圧とともに前記生体分子を含む溶液に前記気体が溶け込みながら注入対象への前記生体分子を含む溶液の注入が始まり、減圧とともに前記生体分子を含む溶液に溶け込んでいた前記気体の一部が気体に戻るが、前記生体分子を含む溶液に溶け込む前記気体の量が少ないために注入対象に与えるシェアストレスが小さくなると推測される。その結果、注入対象において機能する生体分子の割合が小さくなると推測される。
　それらの観点から、前記収容部に収容された前記気体の体積は、前記収容部の容積の、好ましくは２０％以上、より好ましくは３０％以上であり、一方で、好ましくは６０％以下、より好ましくは５０％以下である。
（生体分子の機能）
　前記注入対象において機能する生体分子の割合が大きいことの例としては、生体分子としてのＤＮＡが遺伝子を含む場合としては下記が挙げられる。
　前記収容部が前記気体を収容しないで（すなわち、前記収容部が前記生体分子を含む溶液で満たされている場合で）ＤＮＡを含む溶液を注入対象に注入したとき（これを態様Ｃとする。）の、前記注入対象へ注入された単位ＤＮＡ量あたりの該遺伝子の発現量を「発現量Ｃ」とし、
　ＤＮＡを含む溶液と前記気体との総体積が、前記態様Ｃにおいて前記収容部に収容した前記ＤＮＡを含む溶液の体積と同一となるように、前記収容部が前記ＤＮＡを含む溶液と前記気体とを収容して、前記注入対象に注入したときの、前記注入対象へ注入された単位ＤＮＡ量あたりの該遺伝子の発現量を「発現量Ａ」としたとき、
　発現量Ｃ　＜　発現量Ａ
の場合である。
　その確認方法としては、例えば、後述の実施例のように、注入後の注入口を中心として任意の半径を有する円筒状に組織を採取し、公知の生物学的方法によりサンプルを調製し、該遺伝子の発現量アッセイにより確認できる。該遺伝子の種類等によって適宜公知の方法を用いることができるが、例えば、遺伝子がルシフェラーゼ遺伝子である場合には、ルシフェリンを基質として発光量をアッセイすること等が挙げられる。
（注入対象）
　本実施態様における注入対象は、例えば、細胞、細胞シート、細胞塊、組織、器官（皮膚や臓器等）、器官系、個体（生体）等からなる群から選択される一以上であってよく制限はない。in vitro系、in vivo系、ex vivo系をはじめ、いずれであってよい。前記細胞塊は３次元培養で得られた細胞塊であってよく、前記器官（皮膚や臓器等）はオルガノイドであってよい。
　また、前記注入対象に対して注入がされる場合、それに含まれる下の階層に注入がされてもよい。すなわち、例えば、個体（生体）を注入対象とする場合、該個体（生体）に含まれる組織に注入がされてもよく、該個体（生体）に含まれる細胞に注入がされてもよく、両者に注入がされてもよい。また、組織を注入対象とする場合、該組織に含まれる細胞に注入がされてもよく、該組織に含まれる細胞間マトリックスに注入がされてもよく、両者に注入がされてもよい。
　また、本実施態様における注入対象が、細胞、細胞シート、細胞塊、組織、器官（皮膚や臓器等）、器官系からなる群から選択される一以上である場合、個体（生体）に存在する状態での、細胞、細胞シート、細胞塊、組織、器官（皮膚や臓器等）、器官系からなる群から選択される一以上であってよく、個体（生体）に存在しない状態（例えば、個体（生体）から摘出や分離がされた状態や、個体（生体）外で作製された状態）での、細胞、細胞シート、細胞塊、組織、器官（皮膚や臓器等）、器官系からなる群から選択される一以上であってもよい。
　また、本実施態様における注入対象は、iPS細胞（人工多能性幹細胞）などの幹細胞由来の、細胞、細胞シート、細胞塊、組織、器官（皮膚や臓器等）、器官系からなる群から選択される一以上であってもよく、これらは、個体（生体）に存在する状態であってもよく、個体（生体）に存在しない状態（例えば、個体（生体）から摘出や分離がされた状態や、個体（生体）外で作製された状態）であってもよい。前記細胞塊は３次元培養で得られた細胞塊であってよく、前記器官（皮膚や臓器等）はオルガノイドであってよい。
　前記個体（生体）は、好ましくは哺乳動物の個体（生体）である。前記哺乳動物としては特に制限されないが、ヒト、ヒトを除く哺乳動物が挙げられる。ヒトを除く哺乳動物としては、マウス、ラット、モルモット、ハムスター、ウシ、ヤギ、ヒツジ、ブタ、サル、イヌ、ネコ等が挙げられる。
　また、本実施態様における注入対象が上記のいずれであっても、細胞に注入がされる場合には、該細胞の細胞質に注入がされてもよく、該細胞の細胞核に注入がされてもよく、該細胞の細胞質及び細胞核の両者に注入がされてもよい。
　また、本実施態様における注入対象は特に制限されないが、好ましくは、哺乳動物の個体（生体）の皮膚内の皮内、皮下及びその下部にある筋層からなる群から選択される一以上である。この場合、注入器から皮膚表面に向けて前記生体分子を含む溶液と前記気体とを射出して皮膚に注入し、該皮膚内の皮内、皮下及びその下部にある筋層からなる群から選択される一以上に注入する方法を採用できる。
（注入器）
　本実施態様の注入器において、「先端側」とは、注入器から生体分子を含む溶液と所定の気体とが射出される射出口が配置されている側を意味し、「基端側」とは、注入器において先端側とは反対の側を意味するものであり、これらの文言は、特定の箇所や位置を限定的に指すものではない。
　本実施態様の注入器では、前記生体分子を含む溶液と前記気体とを前記注入対象に対して射出するために、駆動部が射出エネルギーの付与を行う。本実施態様の注入器による「射出」は、前記駆動部による射出エネルギーを利用して、前記加圧部により、前記収容部に収容されている前記生体分子を含む溶液と前記気体とが加圧されることで、前記生体分子を含む溶液と前記気体とが収容部の流路を流れることで実現される。射出エネルギーとしては、従来の注入器に用いられる射出エネルギーであってよく、例えば、火薬等の燃焼エネルギー、ガス発生剤等の発生エネルギー、圧電素子等の電気的エネルギー、ばね等の機械的エネルギー等を利用することができ、また、これらの形態のエネルギーを適宜組み合わせたエネルギーを利用することができる。
　火薬の燃焼エネルギーを射出エネルギーとして利用する場合、火薬としては、例えば、ジルコニウムと過塩素酸カリウムを含む火薬（ＺＰＰ）、水素化チタンと過塩素酸カリウムを含む火薬（ＴＨＰＰ）、チタンと過塩素酸カリウムを含む火薬（ＴｉＰＰ）、アルミニウムと過塩素酸カリウムを含む火薬（ＡＰＰ）、アルミニウムと酸化ビスマスを含む火薬（ＡＢＯ）、アルミニウムと酸化モリブデンを含む火薬（ＡＭＯ）、アルミニウムと酸化銅を含む火薬（ＡＣＯ）、アルミニウムと酸化鉄を含む火薬（ＡＦＯ）のうち何れか一つの火薬、又はこれらのうち複数の組み合わせを含む火薬が挙げられる。これらの火薬の特徴としては、その燃焼生成物が高温状態では気体であっても常温では気体成分を含まないため、点火後燃焼生成物が直ちに凝縮を行う。それにより、前記生体分子を含む溶液と前記気体の射出のための加圧過程において、該加圧時の燃焼生成物の温度を、点火薬の燃焼により、前記生体分子を含む溶液と前記気体とに掛かる圧力が最初のピーク射出力を迎えてから短時間に常温近傍まで推移させることができる。
　また、ガス発生剤の発生エネルギーを射出エネルギーとして利用する場合、ガス発生剤としては、シングルベース無煙火薬（例えば、ニトロセルロース９８質量％、ジフェニルアミン０．８質量％、硫酸カリウム１．２質量％を含むシングルベース無煙火薬が挙げられる。）や、エアバッグ用ガス発生器やシートベルトプリテンショナ用ガス発生器に使用されている各種ガス発生剤を用いることも可能である。
　本実施態様の注入器では、加圧部により、作動時に前記収容部に収容されている前記生体分子を含む溶液と前記気体とを加圧することで前記射出口から前記生体分子を含む溶液と前記気体とを前記注入対象に向けて射出する。
　前記加圧部による加圧は、例えば、前記収容部を破壊するなど、系を破壊することがない限り特に制限されず、通常の注入器における加圧条件を採用することができる。
　ここで、前記圧力とは収容部内の圧力のことである。その測定方法は特に制限されないが、例えば、後述の実施例に記載した注入器を用いて測定する場合には、後述の「収容部内の圧力の計測方法」欄に記載した方法で測定することができる。
　上記駆動部による射出エネルギーはピストンを介してプランジャに伝えられ、プランジャが収容部内を摺動することで、収容部に収容されている前記生体分子を含む溶液と前記気体とがノズル部に形成された流路に沿って押し出され、最終的に射出口から注入対象に向けて射出される。
　収容部には当初から前記生体分子を含む溶液と前記気体とが収容されていてもいなくてもよく、収容されていない場合には、射出口を有するノズルを介して前記生体分子を含む溶液と前記気体とを収容部内に吸引することにより収容することがきる。このように、収容部への収容操作を必要とする構成を採用することで、必要とする任意の生体分子を含む溶液と気体とを注入対象へ注入することが可能となる。そのため、本実施態様の注入器では、シリンジ部と注入器本体とは着脱可能に構成されていてよい。
　また、前記収容部は、前記生体分子を含む溶液と前記気体とを収容しているが、前記収容部内において先端側に前記生体分子を含む溶液を収容していることが好ましい。換言すれば、前記収容部内において基端側に前記気体を収容していることが好ましい。このことは、前記収容部内において先端側には前記気体を収容していないことが好ましいとも言える。
　例えば、射出口を有するノズルを介して、先に前記生体分子を含む溶液を収容部内に吸引し、次いで前記気体を収容部内に吸引し、次いで、注入器を軽く振るなどして、収容部内において先端側に前記生体分子を含む溶液が収容されるようにして調製することができる。また、射出口を有するノズルを介して、先に前記気体を収容部内に吸引し、次いで、収容された前記気体が前記収容部内において基端側に存在するように前記気体の位置を維持しながら、前記生体分子を含む溶液を収容部内に吸引して調製することができる。
　本実施形態の注入器は、注射針を介することなく注射液を注入対象に注入することに用いることができる従来の注入器において、前記収容部に前記生体分子を含む溶液と前記気体とを収容させて得ることができる。そのような従来の注入器としては、例えば、国際公開第２０１９／１５６２３８号に記載の注入器、国際公開第２０１９／１５６２３９号に記載の注入器、国際公開第２０１９／１５６２３７号に記載の注入器、特許５９８９０３９号明細書に記載の注入器などが挙げられる。
　以下に、図面を参照して本実施形態の注入器の例として、注射器１（無針注射器）について説明する。なお、以下の実施形態の構成は例示であり、本実施形態の構成に限定されるものではない。なお、注射器１の長手方向における相対的な位置関係を表す用語として、「先端側」及び「基端側」を用いる。当該「先端側」は、後述する注射器１の先端寄り、すなわち射出口３１ａ寄りの位置を表し、当該「基端側」は、注射器１の長手方向において「先端側」とは反対側の方向、すなわち駆動部７側の方向を表している。また、本例示は、点火装置によって点火される火薬の燃焼エネルギーを射出エネルギーとして加圧に用いる例示であるが、本実施態様はこれに限定されるものではない。
（注射器１の構成）
　図１は、注射器１の概略構成を示す図であり、注射器１のその長手方向に沿った断面図でもある。注射器１は、シリンジ部３とプランジャ４とで構成されるサブ組立体と、注射器本体６とピストン５と駆動部７とで構成されるサブ組立体とが一体に組み立てられた注射器組立体１０が、ハウジング（注射器ハウジング）２に取り付けられることで構成される。
　上記の通り、注射器組立体１０は、ハウジング２に対して脱着自在となるように構成されている。注射器組立体１０に含まれるシリンジ部３とプランジャ４との間に形成される収容部３２には生体分子を含む溶液と所定の気体とが充填され、そして、当該注射器組立体１０は、前記生体分子を含む溶液と前記気体との射出を行う度に使い捨てられるユニットである。一方で、ハウジング２側には、注射器組立体１０の駆動部７に含まれる点火器７１に電力供給するバッテリ９が含まれている。バッテリ９からの電力供給は、ユーザがハウジング２に設けられたボタン８を押下する操作を行うことで、配線を介してハウジング２側の電極と、注射器組立体１０の駆動部７側の電極との間で行われることになる。なお、ハウジング２側の電極と注射器組立体１０の駆動部７側の電極とは、注射器組立体１０がハウジング２に取り付けられると、自動的に接触するように両電極の形状および位置が設計されている。またハウジング２は、バッテリ９に駆動部７に供給し得る電力が残っている限りにおいて、繰り返し使用することができるユニットである。なお、ハウジング２においては、バッテリ９の電力が無くなった場合には、バッテリ９のみを交換しハウジング２は引き続き使用してもよい。
　次に、注射器組立体１０の詳細について説明する。まず、シリンジ部３及びプランジャ４を含むサブ組立体について説明すると、シリンジ部３は、その内部に前記生体分子を含む溶液及び前記気体を収容可能な空間である収容部３２が形成されている。より詳しくは、図１に示すように、シリンジ部３の軸方向に延びる内壁面に沿ってプランジャ４が摺動自在に配置されており、シリンジ部３の内壁面とプランジャ４によって収容部３２が画定されている。また、シリンジ部３は、収容部３２と連通するノズル部３１を有し、ノズル部３１の先端側に射出口３１ａが形成されている。ノズル部３１は、その流路断面積が収容部３２側から射出口３１ａ側に向かって徐々に減少しており、収容部３２に充填されている生体分子を含む溶液と所定の気体を射出口３１ａに導くための流路である。図１に示す例では、プランジャ４の先端側の形状は、ノズル部３１の形状と概ね一致している。
　次に、注射器本体６、ピストン５、及び駆動部７を含むサブ組立体について説明する。ピストン５は、例えば金属製であり、駆動部７の点火器７１で生成される燃焼生成物（燃焼ガス）により加圧されて、注射器本体６の内部に形成されている貫通孔を摺動するように構成されている。注射器本体６は、概略円筒状の部材であり、その軸方向に延在する内壁面に沿ってピストン５が摺動自在に収容されている。なお、ピストン５は樹脂製でもよく、その場合、耐熱性や耐圧性が要求される部分には金属を併用してもよい。また、図１に示すように、ピストン５は、プランジャ４と一体に連結されている。
　次に、駆動部７について説明する。図１に示すように、駆動部７は、注射器本体６における貫通孔を基準として基端側に固定されている。駆動部７は、電気式点火器である点火器７１を有している。点火器７１は、注射器本体６における貫通孔の内部を臨むように配置されており、その内部には点火薬が収容されている。点火薬としては、上掲の通り種々の火薬を採用することができる。また、点火薬は、例えば、適宜の薄肉金属によって形成された火薬カップに収容することができる。
　上記のように構成される注射器１は、収容部３２に収容された気体の体積は、例えば、収容部３２の容積の２０％以上６０％以下となるように調整されている。
　次に、上記構成の注射器１の動作内容について説明する。図１に示すように、ハウジング２に対して注射器組立体１０を装着した状態で、ノズル部３１の射出口３１ａから生体分子を含む溶液と所定の気体を吸引する。これにより、生体分子を含む溶液と所定の気体を収容部３２内に充填することができる。この状態から、例えば、注射器１における射出口３１ａを注入対象に当接させた状態で、ユーザがハウジング２に設けられたボタン８を押下する操作を行うと、これをトリガとして、バッテリ９から駆動部７の点火器７１に作動電力が供給され、点火器７１が作動する。点火器７１が作動すると、点火薬が点火されることで燃焼し、燃焼生成物（火炎や燃焼ガスなど）が生成される。その結果、例えば点火器７１の火薬カップが開裂し、点火薬の燃焼ガスが注射器本体６における貫通孔内に放出される。これにより、注射器本体６の貫通孔内の圧力が急激に高まり、注射器本体６の先端側に向けてピストン５が押圧される結果、注射器本体６における貫通孔の内壁面に沿って先端側に向かってピストン５が摺動する。上記の通り、ピストン５と一体にプランジャ４が連結されているため、ピストン５に連動してプランジャ４もシリンジ部３の内壁面に沿って摺動することとなる。すなわち、プランジャ４がシリンジ部３の先端側に位置するノズル部３１に向かって押し込まれることで、生体分子を含む溶液と所定の気体が収容されている収容部３２の容積が減少し、急激に加圧されることとなる。その結果、収容部３２に充填されている生体分子を含む溶液と所定の気体がノズル部３１に押し込まれ、射出口３１ａから高圧で射出される。これにより、生体分子を含む溶液と所定の気体を、注入対象に注入することができる。
　また、図１に示す注射器本体６内には、特に追加的な火薬成分は配置されていないが、ピストン５を介して前記生体分子を含む溶液と前記気体とにかける圧力推移を調整するために、点火器７１での火薬燃焼によって生じる燃焼生成物によって燃焼しガスを発生させるガス発生剤等を、点火器７１内や注射器本体６の貫通孔内に配置することもできる。点火器７１内にガス発生剤を配置する構成は、国際公開公報０１－０３１２８２号や特開２００３－２５９５０号公報等に開示されているように既に公知の技術である。また、ガス発生剤の一例としては、ニトロセルロース９８質量％、ジフェニルアミン０．８質量％、硫酸カリウム１．２質量％を含むシングルベース無煙火薬が挙げられる。また、エアバッグ用ガス発生器やシートベルトプリテンショナ用ガス発生器に使用されている各種ガス発生剤を用いることも可能である。貫通孔内に配置されるときのガス発生剤の寸法や大きさ、形状、特に表面形状を調整することで、該ガス発生剤の燃焼完了時間を変化させることが可能であり、これにより、前記生体分子を含む溶液と前記気体とにかける圧力推移を所望の推移、すなわち注入対象に前記生体分子を含む溶液と前記気体とが適切に到達し得る推移とすることができる。本実施態様では、必要に応じて使用されるガス発生剤なども駆動部７に含まれるものとする。本実施形態においては、プランジャ４およびピストン５を含んで「加圧部」が構成される。
　本開示の他の実施態様は、前記実施態様の注入器を用いて、注入対象に生体分子を含む溶液と所定の気体とを注入する方法である。
　本実施態様における注入器、注入対象、生体分子を含む溶液については、上記した前記実施態様の説明を援用する。
　以下に実施例を記載するが、いずれの実施例も、限定的な意味として解釈される実施例ではない。
［実施例１］
　プラスミドとしてはpGL4.13[luc2/SV40]Vector（プロメガ）を準備し、必要量を増幅して１μｇ／μＬの濃度に調製したものを使用した。
　前記プラスミド溶液を、注入器の収容部（容積：１００μＬ）に、該注入器のノズルから１００μＬ、８０μＬ、７０μＬ、５０μＬ、４０μＬ、又は３０μＬ吸い上げた。その後、１００μＬの前記プラスミド溶液を吸い上げた場合以外は、いずれも前記プラスミド溶液を吸い上げることなく１００μＬの目盛りまでプランジャを引き上げて、通常の実験室内の空気を充填した。すなわち、それらは、収容部に収容された空気の体積が、前記収容部の容積の、それぞれ、０％、２０％、３０％、５０％、６０％、７０％であり（以下、前記収容部の容積に対する収容部に収容された空気の体積を「空気存在率」と称することがある。）、且つ、注入されるプラスミド量は、それぞれ、１００μｇ、８０μｇ、７０μｇ、５０μｇ、４０μｇ、３０μｇである。また、注入時の前記収容部内の空気は基端側に収容されるようにし、前記プラスミド溶液は先端側に収容されるようにした。
　ここで、該注入器は、前記注入物を後述する被験動物の腹部に注入するための装置として用いたものであり、図１に記載された注入器である。本実施例では、点火薬として３５ｍｇのＺＰＰを、ガス発生剤として４０ｍｇのシングルベース無煙火薬（ニトロセルロース９８質量％、ジフェニルアミン０．８質量％、硫酸カリウム１．２質量％を含む。）を使用した。
　尚、加圧開始から圧力が最大圧力に到達するまでの時間と該最大圧力の測定には従来技術を利用した。すなわち、特開２００５－２１６４０号公報に記載の測定方法のように、射出の力を、ノズルの下流に配置されたロードセルのダイアフラムに分散して与えるようにし、ロードセルからの出力は、検出増幅器を介してデータ採取装置にて採取されて、時間ごとの射出力（N）として記憶されるという方法によって測定した。このように測定された射出圧を、注入器の射出口３１aの面積によって除することで、射出圧を算出した。収容部の内圧測定による測定値は射出圧と同等であり、射出圧をもって収容部内の圧力とすることができる。その結果、例えば、収容部に収容された空気の体積が、前記収容部の容積の０％である場合では、加圧開始から圧力が最大圧力に到達するまでの時間は０．５５ミリ秒であり、該最大圧力は１０．３ＭＰａであった。
　被験動物として家畜ブタ（Specific Pathogen Free, SPF）を用い、事前に麻酔を施し、剃毛処理後に腹部に注入器内の前記注入物を注入した。注入後、約24時間の飼育を続け、麻酔を施した状態で脱血によって安楽死させた。注入部位を生検トレパンφ８．０ｍｍ（貝印）でくり抜いて２．０ｍＬチューブに回収し、ミリＱ水で５倍希釈したPassive Lysis 5×Buffer（プロメガ）を１ｍＬずつ添加して、約１ｍｍ程度の皮膚片になるまでハサミでミンスした。ドライアイス上での凍結と常温での融解を各１回行った後、２０３８０Ｇで２分間の遠心分離をすることで皮膚片を分離し、タンパク抽出液を含む上清を得た。ルシフェラーゼ測定にはLuciferase Assay System（プロメガ）を用いた。すなわち、基質溶液１００μＬに前記タンパク抽出液２０μＬを添加、混和して、ルミテスターＣ（キッコーマン）にて発光量（ＲＬＵ）を測定した。
　前記条件によって腹部に注入されるプラスミド量が異なるため、発現効率はプラスミド１μｇあたりの発現量として算出し、空気存在率０％の場合に対する相対値で表した。その結果を表１に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　この結果から、空気存在率が２０％以上６０％以下である場合に、ルシフェラーゼの発現効率が顕著に向上することが確認できた。
［参考例１］
　なお別途、次の比較実験を行った。すなわち、前記空気の代わりに同量のＴＥ緩衝液（ナカライテスク）を充填すること以外は実施例１と同様の操作を行った。その結果、プラスミド濃度は、プラスミド１μｇあたりの発現効率に影響を与えないことを確認した。
　１・・・・注射器
　２・・・・ハウジング
　３・・・・シリンジ部
　４・・・・プランジャ
　５・・・・ピストン
　６・・・・注射器本体
　７・・・・駆動部
　８・・・・ボタン
　９・・・・バッテリ
　１０・・・・注射器組立体
　３１・・・・ノズル部
　３１ａ・・・射出口
　３２・・・・収容部
　７１・・・・点火器

Claims (5)

  1. 　注射針を介することなく生体分子を含む溶液と所定の気体とを注入対象に注入する注入器であって、
    　前記生体分子を含む溶液と前記気体とを収容した収容部と、
    　前記収容部と連通するノズル部であって、前記生体分子を含む溶液と前記気体とを前記注入対象に向けて射出するための射出口を有するノズル部と、
    　作動時に前記収容部に収容されている前記生体分子を含む溶液と前記気体とを加圧することで前記射出口から前記生体分子を含む溶液と前記気体とを前記注入対象に向けて射出する加圧部と、
    　を備える、注入器。
  2. 　前記収容部に収容された前記気体の体積は、前記収容部の容積の２０％以上６０％以下である、請求項１に記載の注入器。
  3. 　前記気体が空気である、請求項１又は２に記載の注入器。
  4. 　前記生体分子が遺伝子を含むＤＮＡである、請求項１～３のいずれか一項に記載の注入器。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項に記載の注入器を用いて、注入対象に生体分子を含む溶液と所定の気体とを注入する方法。
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