病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボット、その作動方法、およびそれを用いた治療方法
病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボット、その作動方法、およびそれを用いた治療方法を提供する。この病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットは、バクテリアの鞭毛運動によって移動ことができ、疾病を認識するバクテリアの認知性を用いて病変を標的化して進むことができ、バクテリアの自体蛍光発現性を用いて、病変にマイクロロボットがどれほど標的化されたかを分析することができ、病変で自己分裂して増殖して病変を自体的且つ間接的に治療することができる。前記バクテリアは、免疫反応に対して鈍感となるように遺伝子操作され、病的細胞の成長を抑制する物質を生産する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボット、その作動方法、およびそれを用いた治療方法に係り、さらに詳しくは、バクテリアの駆動性、認知性、蛍光性および治癒性などを生かして構成したマイクロロボットに関する。前記バクテリアは、遺伝子操作によって様々な性質を持つように変異させたもので、マイクロロボットが病変治療用として利用できるようにする。
【背景技術】
【０００２】
既存のマイクロロボットとしては、図１に示した消化器の検査および治療のための医療用マイクロロボット、および図２に示した血管治療用マイクロロボットが提案されている。
【０００３】
一般に、マイクロロボット１１０は、位置情報提供部１２０、駆動部１３０、治療部１４０、ロボット制御部１５０、データ送受信部１６０、無線電力受信部１７０、センシング部１８０、および動力源部１９０などから構成される。
【０００４】
このような構成要素の中でも、駆動部１３０、センシング部１８０および動力源部１９０はマイクロロボットの最も重要な構成要素である。
【０００５】
ところが、実際マイクロロボットのサイズ制限により、駆動部１３０、センシング部１８０および動力源部１９０の大きさが非常に制限的である。
【０００６】
大部分は、例えば、駆動部１３０として通常直径１〜２ｍｍのマイクロモータを使用する。また、小型化のために、知能性材料として形状記憶合金またはＥＡＰ(Electro-Active Polymer)などが使用されるが、このような知能性材料も適用において限界を持っている。
【０００７】
また、動力源部１９０として通常バッテリーを使用しているが、マイクロロボットの体積制限により、十分な容量のバッテリーをマイクロロボット内に搭載することが難しい。
【０００８】
かかる問題点を解決するために、生体細胞を用いる研究、特に自発的に収縮する心筋細胞を用いる研究が行われてきた。心筋細胞を用いる場合には、マイクロ構造体を製造し、このマイクロ構造体に心筋細胞を培養することにより、その収縮力を得る方法を取る。この方法は、心筋細胞の収縮力を用いて多様な機能を実現することができるという利点を持っている。
【０００９】
ところが、心筋細胞を用いたマイクロシステムは、その制御が難しいうえ、持続的に心筋細胞の収縮力を維持するために環境を造成することが容易ではない。
【００１０】
特に、人体内に適用される場合には、免疫反応により適用が容易ではないという欠点を持っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明は、従来の技術の前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、バクテリアの特性の一つである鞭毛運動によって移動することができ、疾病を認識する認知性を用いて、病変を標的として病変部分に向けて進めることができ、自体蛍光発現性を用いて、病変にマイクロロボットがどれほど標的化されたかを分析することができ、病変内で自己分裂によって増殖して病変を自体的且つ間接的に治療することができる、バクテリア基盤のマイクロロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明のある観点によれば、検査および治療のための医療用マイクロロボットであって、
カプセル型マイクロ構造体の後面と外周に付着し、病変を探していく移動性および認知性を有するバクテリアと、
前記マイクロ構造体の外部一側から血液サンプルを内部に採取する採取部と、
前記採取部で採取した血液サンプルが内部に流入すると、病変との反応を観察するために反応試薬を噴出する反応試薬部と、
前記血液サンプルおよび前記反応試薬を吸入して混合する混合部と、
前記血液サンプルと前記反応試薬との混合物を分析する診断部と、
前記診断部で分析された病変結果に基づいて処理方法を判断する制御部と、
前記制御部の指示に従い、薬品を流出させる薬品部と、
前記薬品部から流出した薬品を噴射するためのポンプによって、薬品を外部病変に伝達噴射する排出部とを含んでなる、病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットを提供する。
【００１３】
ここで、前記バクテリアは、自力で動く移動能力を有する鞭毛を備え、カプセル型マイクロ構造体の外周に付着させる。このようなバクテリアの移動性と認知性を用いて、マイクロロボットは、病変追跡によって病変に移動し、病変への薬物伝達とバクテリアの増殖で疾病を治療する。
【００１４】
また、前記バクテリアの特性を用いて病変に移動したマイクロロボットは、診断に応じて薬物を病変の表面に噴射して外部で治療し、前記バクテリアは、病変内で増殖させて内部で治療する。
【００１５】
本発明の他の観点によれば、移動性および認知性を有するバクテリアを用いてマイクロロボットが病変を探して移動する移動段階と、
前記マイクロロボットが前記バクテリアによって前記病変に位置したとき、採取部で血液サンプルを採取する採取段階と、
前記採取部で採取した血液サンプルが前記マイクロロボットの内部に流入すると、病変との反応を観察するために反応試薬部から反応試薬を噴出する試薬噴出段階と、
前記採取部からの血液サンプルと前記反応試薬部からの反応試薬とを混合部で吸入して混合する混合段階と、
前記混合部からの血液と反応試薬との混合物を診断部へ伝達して分析する診断段階と、
前記診断部で分析された病変結果に基づいて処理方法を制御部で判断し、制御信号を送る制御信号段階と、
前記制御部の制御信号に従い、薬品を薬品部から流出させる薬品流出段階と、
前記薬品部から流出した薬品を噴射するためのポンプによって、薬品を排出部を介して外部病変に伝達噴射する薬品排出段階とを含んでなる、検査および治療のための医療用マイクロロボットを用いた治療方法を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
上述した本発明によれば、バクテリアを用いたマイクロロボットは、バクテリアの多様な性質と遺伝子操作による特性の実現によって培養されるバクテリアを用いて、培養されたバクテリア２００を適切に活用するためのマイクロ構造体を製作し、バクテリアに結合されたマイクロロボットによって病変を認識して移動し、多様な方法（薬品伝達、ｓｉＲＮＡ、バクテリアを用いた治療）の治療機能を行うことができるという効果がある。
【００１７】
このようなマイクロロボットの技術を、遺伝子操作されたバクテリアを用いて向上させることにより、マイクロロボットの小型化を図ることができ、バクテリアの移動性および認知性によって駆動器およびセンサーを同時に具現することができるという効果がある。
【００１８】
また、制限されたバクテリア基盤のマイクロロボットは、既存の薬物を用いた治療に比べてバクテリアの移動性および認知性によって病変に直接到達して局部的に治療を行うことができ、薬物伝達による治療、ｓｉＲＮＡによる増殖抑制、およびバクテリア自体の治療機能を病変の外部と内部で同時に行うことができるという利点を持っている。よって、本発明のマイクロロボットは、標的治療に効果的な新規方法を提示することができるので、非常に有用な発明である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来の消化器官用マイクロロボットを示す図である。
【図２】従来の血管治療用マイクロロボットを示す図である。
【図３】本発明に係る病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットシステムを示す図である。
【図４】本発明に係る病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットを示す図である。
【図５】本発明に係る病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットを用いた作動方法を示すブロック図である。
【図６】本発明に係る病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットを用いた治療方法における、ｓｉＲＮＡ合成バクテリアを用いた癌組織増殖抑制マイクロ構造体を示す図である。
【図７】本発明に係る病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットを用いた治療方法における、薬品活性化酵素合成バクテリアを用いた薬物伝達マイクロ構造体を示す図である。
【図８】本発明に係る病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットを用いた治療方法における、ｓｉＲＮＡと薬品活性酵素合成バクテリアを用いたマイクロ構造体を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
一様態において、本発明は、自力で動く移動能力を有する鞭毛を備えたバクテリアをカプセル型マイクロ構造体の外周に付着させて構成したもので、バクテリアの移動性および認知性を用いて病変追跡によって病変に移動し、病変への薬物の伝達とバクテリアの増殖で疾病を治療することを特徴とする、病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットを提供する。
【００２１】
このようなマイクロロボットは、検査および治療のための医療用マイクロロボットであって、前記カプセル型マイクロ構造体と、前記マイクロ構造体の後面および外周に付着し、病変を探していく移動性および認知性を有するバクテリアとを含んでなる。
【００２２】
マイクロ構造体は、前記マイクロ構造体の外部一側から血液サンプルを内部に採取する採取部と、前記採取部で採取した血液サンプルが内部に流入すると、病変との反応を観察するために反応試薬を噴出する反応試薬部と、前記血液サンプルおよび前記反応試薬を吸入して混合する混合部と、前記血液サンプルと前記反応試薬との混合物を分析する診断部と、前記診断部で分析された病変結果に基づいて処理方法を判断する制御部と、前記制御部の指示に従い、薬品を流出させる薬品部と、前記薬品部から流出した薬品を噴射するためのポンプによって、薬品を外部病変に伝達噴射する排出部とを含んでなる。
【００２３】
他の様態において、本発明は、前記バクテリアによって病変に移動したマイクロロボットは診断に応じて薬物を病変の表面に噴射して外部で治療し、前記バクテリアは病変の内部で増殖して内部で治療することを含むことを特徴とする、病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットを提供する。
【００２４】
以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。これに先立ち、本明細書および請求の範囲に使用された用語または単語は、通常的且つ辞典的な意味で限定して解釈されてはならず、発明者は、自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に基づき、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されなければならない。
【００２５】
よって、本明細書に記載された実施例および図面に示された構成は、本発明の最も好適な一実施例に過ぎず、本発明の技術的思想を全て代弁するものではなく、本出願時点においてこれらを代替することが可能な各種均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。
【００２６】
図３は本発明に係る病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットシステムを示す図である。図示の如く、本発明に係るマイクロロボット４００は、バクテリア２００の駆動性、認知性、蛍光性および治癒性などを生かして構成したものである。
【００２７】
第一に、バクテリア２００は自体の鞭毛２０２を用いて自律移動することができる。第二に、バクテリア２００は環境または疾病を認知することができる。第三に、バクテリア２００は蛍光を発現する性質を有することができる。第四に、バクテリア２００は疾病（例えば、特定の癌）を治療する能力を有することができる。第五に、バクテリア２００は人体内免疫反応に鈍感であり得る。第六に、バクテリア２００は自己分裂によって個体数を増加させることができる。最後に、バクテリア２００は遺伝子操作によって前述の性質を持つように操作できる。
【００２８】
このようなバクテリア２００の特性を用いて、医療用に利用できるバクテリア２００基盤のマイクロロボット４００を構成することができる。
【００２９】
このように、本発明では、前述したバクテリア２００の特性を用いて鞭毛２０２の移動性を持って移動しながら、環境または疾病を認識する認知性を用いて病変を標的化して進むことができ、自体蛍光発現性を用いて、病変にマイクロロボット４００がどれほど標的化されたかを分析することができ、人体内免疫反応に鈍感であるうえ、病変で自己分裂によって増殖して疾病を自体的且つ間接的に治療することができる、バクテリア２００基盤のマイクロロボット４００を製作した。
【００３０】
すなわち、本発明のマイクロロボット４００は、自力で動く移動能力を有する鞭毛２０２を備えたバクテリア２００を、カプセル型マイクロ構造体３００の外周に付着させて構成したものであって、バクテリア２００の移動性および認知性を用いて病変追跡によって病変に移動し、病変への薬品３６３の伝達とバクテリア２００の増殖によって疾病を治療する。
【００３１】
図４は本発明に係る病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットを示す図である。図示の如く、マイクロロボット４００は、検査および治療のための医療用マイクロロボットであって、マイクロ構造体３００は、カプセル型をしており、後面と外周にはバクテリア２００が多数付着している。
【００３２】
ここで、マイクロロボット４００の外周に付着しているバクテリア２００は、病変を探していく移動性および認知性を有する。このようにバクテリア２００を外周に付着させたマイクロロボット４００は、マイクロ構造体３００の外部一側に位置し、血液サンプルを内部に採取する採取部３１０、および採取部３１０の一側に位置し、採取部３１０で採取した血液サンプルが内部に流入すると、病変との反応を観察するために反応試薬を噴出する反応試薬部３２０を含んで構成される。
【００３３】
また、マイクロロボット４００は、採取部３１０からの血液サンプルと反応試薬部３２０からの反応試薬を吸入して混合する混合部３３０、前記血液サンプルと反応試薬との混合物を分析する診断部３４０、診断部３４０で分析された病変結果に基づいて処理方法を判断する制御部３５０、および制御部３５０の指示に従い、病変に薬品３６２を流出させる薬品部３６０を含んで構成される。
【００３４】
また、マイクロロボット４００は、薬品部３６０から流出した薬品３６２を噴射するためのポンプ３７０によって、薬品を外部病変に伝達する排出部３８０をさらに含んで構成される。
【００３５】
このように構成されたマイクロロボット４００は、自力で動く移動能力を有する鞭毛付きバクテリア２００をカプセル型のマイクロ構造体３００の外周に付着させて構成することにより、バクテリア２００の移動性および認知性を用いて病変追跡によって病変に移動し、前記病変への薬品３６２の伝達およびバクテリア２００の増殖によって疾病を治療する。
【００３６】
この際、バクテリア２００は、多くのバクテリア２００の鞭毛２０２といわれるコークスクリュー(corkscrew)のような尾部を回転させて流体内で自ら動く移動性を有する。このような鞭毛は約２０ｎｍの直径および約１０，０００ｎｍの長さを有する。
【００３７】
しかも、自体の鞭毛２０２を用いて自律移動することが可能なバクテリア２００は、培養液内の化学的エネルギーを用いて鞭毛の機械的な運動を実現することができる。
【００３８】
このような運動性は、バクテリア２００基盤のマイクロロボット４００の駆動力として利用できる。基本的にバクテリア２００の菌株を選定するにおいて、このような運動性に優れた菌株を選定し、遺伝子操作によってもこのような運動性を増加させることができる。
【００３９】
この際、マイクロロボット４００の外周に付着するバクテリア２００を、遺伝子操作によって、免疫反応に強いバクテリアに変異させることにより、人体内細胞攻撃に対して鈍感にする。人体内細胞攻撃に対して鈍感になったバクテリア２００は、病変までマイクロロボット４００を安全に移動させる移動性を持たせる。
【００４０】
すなわち、バクテリア２００を人体内免疫反応に対して鈍感となるように遺伝子操作して病変まで安全に移動させる。バクテリア２００は、人体内免疫反応を誘導するマクロファージによって敏感に反応して除去される傾向がある。バクテリア２００の遺伝子操作によって、このような免疫反応に鈍感なバクテリア２００を製造することにより、バクテリア２００が、免疫反応に鈍感であって強靭な特性を持たせる。
【００４１】
このような特性を有するバクテリア２００をマイクロ構造体４００の外部に付着させて移動性を持たせることにより、免疫反応に鈍感でありながらも移動性を有するマイクロロボットに製作することができる。
【００４２】
また、バクテリア２００の認知性により、バクテリア２００は環境または疾病を認識することが可能な能力を持つことができる。バクテリア２００は、走化性、走光性、走磁性、走気（嫌気）性などの特性を有する。このような特性は、バクテリア２００が病変を認識することに主に使用でき、バクテリア２００の運動性を制御することにも使用できる。
【００４３】
特に、走化性の場合には、バクテリア２００が病変を追跡する特徴を用いて、向後、バクテリア２００基盤のマイクロロボット４００が病変への薬品３６２の伝達および治療に応用できる。
【００４４】
また、マイクロロボット４００を移動させるバクテリア２００の蛍光性により、マイクロロボット４００が人体における位置と病変に到達したかを把握することが可能である。
【００４５】
すなわち、バクテリア２００は、蛍光を発現する性質を持つことができる。バクテリア２００の中には、蛍光を発現するバクテリア２００がある。このような蛍光発現は遺伝子操作によって実現できる。
【００４６】
このような蛍光特性によっては、人体の外部で蛍光を発現するバクテリア２００の位置を測定してバクテリア２００の移動経路および特定の疾病を追跡する追跡性能を確認することができる。
【００４７】
マイクロロボット４００の外周に付着して病変に到着したバクテリア２００は、自己分裂によって自分の個体数を幾何級数的に増加させることができるため、自体的な増殖によって多くの個体数に増加させて病変治療機能を発現することができる。
【００４８】
すなわち、バクテリア２００は、自己分裂によって個体数を増加させることができるもので、非常に少ない個体のバクテリア２００がマイクロロボット４００と共に病変に伝達されるとしても、自体的な増殖によって多くの個体数に増加してその治療機能を発現することができるという特徴を持っている。
【００４９】
また、バクテリア２００を用いたマイクロロボット４００の製造においても、自体増殖によってバクテリア２００の個体を増加させることにより、所望のバクテリア２００の量を容易に確保することができるという利点を持っている。
【００５０】
バクテリア２００によって病変に移動したマイクロロボット４００の診断部３４０における診断に応じて、薬品３６２を病変の表面に噴射して外部で治療する。バクテリア２００は、病変の内部で増殖して内部で治療する。
【００５１】
ここで、バクテリア２００は、疾病（例えば、特定の癌）を治療する能力を持っているため、癌細胞集団が特異的に発現する化学的物質を追跡する。
【００５２】
上述したように、バクテリア２００は人体内でマクロファージから攻撃を受けて死んでしまうが、癌細胞の内部はバクテリア２００が安全な空間であって、バクテリア２００が増殖できる環境として知られている。よって、癌細胞の内部でバクテリア２００が増殖することにより、癌細胞自体の大きさが減少して治療がなされる。
【００５３】
バクテリア２００は遺伝子操作によって様々な特性を基本的に持っている。このようなバクテリア２００の特性は遺伝子操作によって活性化または非活性化できる。
【００５４】
また、バクテリア２００の幾つかの特性は、遺伝子操作によってさらに与えられる特性になる。バクテリア２００の特性は、遺伝子操作技術によって１種のバクテリア２００を同時に実現することができる。よって、このように操作されたバクテリア２００はマイクロロボット４００の製作に使用できるという利点を持つことができる。
【００５５】
図５に示すように、検査および治療のための医療用マイクロロボットを用いた作動方法では、移動性および認知性を有するバクテリア２００によってマイクロロボット４００が病変を探して移動する（Ｓ１０）。
【００５６】
次に、バクテリア２００によって病変に位置すると、マイクロロボット４００の採取部３１０では血液サンプルを内部に採取する（Ｓ２０）。
【００５７】
採取部３１０で採取した血液サンプルが内部に流入すると、病変との反応を観察するために反応試薬部３２０から反応試薬を噴出する（Ｓ３０）。
【００５８】
採取部３１０からの血液サンプルと反応試薬部３２０からの反応試薬とを混合部３３０で吸入して混合し（Ｓ４０）、混合部３３０から血液サンプルと反応試薬との混合物を診断部３４０に伝達して診断分析する（Ｓ５０）。
【００５９】
その後、診断部３４０で分析された病変結果に基づいて、制御部３５０では処理方法を判断して指示する制御信号を送る（Ｓ６０）。
【００６０】
制御部３５０の指示に従い、病変に薬品３６２を薬品部３６０から流入させると（Ｓ７０）、薬品部３６０から流出した薬品３６２を噴射するためのポンプ３７０によって、薬品を排出部３８０を介して外部病変に排出噴射する（Ｓ８０）。
【００６１】
すなわち、バクテリア２００を用いたマイクロロボット４００は、多様な種類のバクテリア２００を用いて治療機能を実現しようとする構造を持つ。
【００６２】
このような移動性および認知性を持っているバクテリア２００を用いて移動するマイクロロボット４００は、移動性および調整性能を実現することができる。バクテリア２００を用いたポンプ３７０および混合部３３０を応用して周辺の環境（血液）を採取し、反応試薬と混合して病変を確認する。マイクロ流体構造によって分析された信号は、薬品３６２排出の制御信号になる。この制御信号に従い、バクテリア２００を用いたポンプ３７０によって薬品３６２を周辺に伝達する。
【００６３】
しかも、マイクロロボット４００のバクテリア２００は、病変の内部で増殖して治療機能を行うことができる。
【００６４】
本発明の一実施例において、病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボット４００を用いた治療方法は、マイクロロボット４００に付着し且つ遺伝子操作によって変形されたバクテリア２００を病変へまで移動させ、バクテリア２００を病変の内部で増殖させで治療機能を行う。
【００６５】
図６はバクテリア２００が遺伝子操作されたｓｉＲＮＡバクテリア２１０を用いた癌組織増殖方法を示す。この方法は次のように実現できる。まず、前記ｓｉＲＮＡ合成が可能な遺伝子をバクテリア２００に挿入してｓｉＲＮＡバクテリア２１０を培養する。ｓｉＲＮＡバクテリア２１０をマイクロ構造体３００のチャンバ３９２内に保護し、合成されたｓｉＲＮＡバクテリア２１０のみをチャネルを介して外部に分泌することが可能なマイクロ構造体３００を製作する。ｓｉＲＮＡバクテリア２１０は、マイクロ構造体３００によってマクロファージから攻撃を受けなくなる。
【００６６】
このような合成ｓｉＲＮＡバクテリア２１０を用いたマイクロ構造体３００の外部にバクテリア２００を付着させて病変に移動させ、病変の近くでは合成ｓｉＲＮＡバクテリア２１０によって生成されたｓｉＲＮＡを外部に分泌することにより、病変を治療することができる。
【００６７】
図７は酵素合成バクテリア２２０を用いて病変に薬品３６２を伝達する方法を示す。一般に、抗癌剤は、毒性が強くて全身投与の際に副作用が大きい。
【００６８】
このような薬物に異なる分子を結合させて化学的に不活性させた後、安全に癌細胞の周辺にまで移動させ、癌細胞の周辺でこの結合を断ち切って薬物を活性化させることにより、癌細胞にのみ選択的に高濃度で伝達する。
【００６９】
このように、図７における第１チャンバ３９４には、化学的不活性化のための分子を壁に固定させた後、この分子に薬物を結合させる。この薬物を活性化させる酵素の合成が可能な酵素合成バクテリア２２０を培養する。培養された酵素合成バクテリア２２０を第２チャンバ３９６に入れる。
【００７０】
このように構成されたマイクロ構造体３００の外部にバクテリア２００を付着させて病変に移動させ、病変の近くでマイクロ弁３９８を開く。
【００７１】
すると、第２チャンバ３９６で合成された酵素合成バクテリア２２０が第１チャンバ３９４に移動し、不活性化された非活性物質(prodrug)を薬品(drug)３６２で活性化させる。最後に、チャネルを介して薬品３６２がマイクロ構造体３００の外部に放出されて伝達される。ここで、マイクロ構造体３００は、酵素合成バクテリア２２０を食作用から保護し、バクテリア２００と薬物のチャンバ役割、並びに酵素および薬物伝達の通路であるチャネル役割を果たす。
【００７２】
この際、ｓｉＲＮＡと酵素合成バクテリア２２０を同時に用いる方法で、図８に示すように、まず、ｓｉＲＮＡと活性化酵素を同時に合成することが可能なバクテリア２００を遺伝子操作によって製作し培養する。
【００７３】
この際、分泌される酵素は前述した薬品３６２の活性化に用いられ、分泌されたｓｉＲＮＡは癌組織の増殖抑制に活用される。このように構成されたマイクロ構造体３００の外部にバクテリア２００を付着させて病変へ移動させ、病変の近くでマイクロ弁３９８を開く。この方法はｓｉＲＮＡによる癌組織増殖抑制、薬物による癌細胞治療、および病変の内部におけるバクテリア増殖による治療の３つの性能を同時に実現することができるという特徴を持つ。
【００７４】
すなわち、マイクロロボット４００の外部にバクテリア２００を付着させて病変に移動させながら、マイクロロボット４００の内部に形成された第１チャンバ３９４に化学的不活性化のための分子薬品３６２を蓄え、第２チャンバ３９６にｓｉＲＮＡと酵素合成バクテリア２２０を蓄えて、病変の近くでマイクロ弁３９８を開くことにより、第２チャンバ３９６からｓｉＲＮＡと酵素合成バクテリア２２０を第１チャンバ３９４に移動させ、不活性化された非活性物質を薬品３６２で活性化させて、薬品３６２をマイクロ構造体３００の外部へ放出させて病変を治療する。
【００７５】
このような本発明のマイクロロボット４００は、疾病の治療を担当する薬品３６２で表面を処理し、その上にバクテリア２００を適切に付着させることにより構成される。
【００７６】
マイクロロボット４００は、バクテリア２００の移動性および認知性を用いて病変まで移動し、薬品３６２を病変に伝達することにより病変を治療する。
【００７７】
また、前記バクテリアの蛍光性によって、マイクロロボットが何処に位置しているかを測定することにより、病変に正確に到達したかを把握することができる。
【００７８】
病変に到達したバクテリア２００、およびマイクロロボット４００から噴射される薬品３６２は、病変の表面で病変を治療する。この際、バクテリア２００が病変の内部に入り込むと、バクテリア２００が内部で増殖しながら病変を内部で治療する。したがって、薬品３６２は病変の外部で、バクテリア２００は病変の内部で一緒に治療する機能を行うことができる。
【００７９】
このように、本発明の病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットは、環境または疾病を認識するバクテリア２００の認知性を用いて病変を標的化して移動することができ、自体蛍光発現性を用いて、病変にマイクロロボット４００がどれほど標的化されたかを分析することができ、人体内免疫反応に対して鈍感であるうえ、自己分裂して増殖することができ、疾病に対する自体的且つ間接的な治療能力を持っている。
【００８０】
バクテリア２００を用いたマイクロロボット４００は、バクテリア２００の多様な性質と遺伝子操作による特性の実現によって培養されるバクテリア２００を用いて、培養されたバクテリア２００を適切に活用するためのマイクロ構造体３００を製作し、バクテリア２００に結合されたマイクロロボット４００によって病変を認識して移動し、多様な方法（薬物伝達、ｓｉＲＮＡ、バクテリアを用いた治療）の治療機能を行うことができるという効果がある。
【００８１】
マイクロロボット４００の技術は、遺伝子操作されたバクテリア２００を用いて向上させることにより、マイクロロボット４００の小型化を図ることができ、バクテリア２００の移動性および認知性によって駆動器およびセンサーを同時に具現することができるという効果がある。
【００８２】
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、当業者であれば、添付した請求の範囲および本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変形、追加または置換を加え得ることを理解するであろう。
【符号の説明】
【００８３】
２００ バクテリア
２０２ 鞭毛
２１０ ｓｉＲＮＡバクテリア
２２０ 酵素合成バクテリア
３００ マイクロ構造体
３１０ 採取部
３２０ 反応試薬部
３３０ 混合部
３４０ 診断部
３５０ 制御部
３６０ 薬品部
３６２ 薬品
３７０ ポンプ
３８０ 排出部
３９２ チャンバ
３９４ 第１チャンバ
３９６ 第２チャンバ
３９８ マイクロ弁
４００ マイクロロボット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボット、その作動方法、およびそれを用いた治療方法に係り、さらに詳しくは、バクテリアの駆動性、認知性、蛍光性および治癒性などを生かして構成したマイクロロボットに関する。前記バクテリアは、遺伝子操作によって様々な性質を持つように変異させたもので、マイクロロボットが病変治療用として利用できるようにする。
【背景技術】
【０００２】
既存のマイクロロボットとしては、図１に示した消化器の検査および治療のための医療用マイクロロボット、および図２に示した血管治療用マイクロロボットが提案されている。
【０００３】
一般に、マイクロロボット１１０は、位置情報提供部１２０、駆動部１３０、治療部１４０、ロボット制御部１５０、データ送受信部１６０、無線電力受信部１７０、センシング部１８０、および動力源部１９０などから構成される。
【０００４】
このような構成要素の中でも、駆動部１３０、センシング部１８０および動力源部１９０はマイクロロボットの最も重要な構成要素である。
【０００５】
ところが、実際マイクロロボットのサイズ制限により、駆動部１３０、センシング部１８０および動力源部１９０の大きさが非常に制限的である。
【０００６】
大部分は、例えば、駆動部１３０として通常直径１〜２ｍｍのマイクロモータを使用する。また、小型化のために、知能性材料として形状記憶合金またはＥＡＰ(Electro-Active Polymer)などが使用されるが、このような知能性材料も適用において限界を持っている。
【０００７】
また、動力源部１９０として通常バッテリーを使用しているが、マイクロロボットの体積制限により、十分な容量のバッテリーをマイクロロボット内に搭載することが難しい。
【０００８】
かかる問題点を解決するために、生体細胞を用いる研究、特に自発的に収縮する心筋細胞を用いる研究が行われてきた。心筋細胞を用いる場合には、マイクロ構造体を製造し、このマイクロ構造体に心筋細胞を培養することにより、その収縮力を得る方法を取る。この方法は、心筋細胞の収縮力を用いて多様な機能を実現することができるという利点を持っている。
【０００９】
ところが、心筋細胞を用いたマイクロシステムは、その制御が難しいうえ、持続的に心筋細胞の収縮力を維持するために環境を造成することが容易ではない。
【００１０】
特に、人体内に適用される場合には、免疫反応により適用が容易ではないという欠点を持っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明は、従来の技術の前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、バクテリアの特性の一つである鞭毛運動によって移動することができ、疾病を認識する認知性を用いて、病変を標的として病変部分に向けて進めることができ、自体蛍光発現性を用いて、病変にマイクロロボットがどれほど標的化されたかを分析することができ、病変内で自己分裂によって増殖して病変を自体的且つ間接的に治療することができる、バクテリア基盤のマイクロロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明のある観点によれば、検査および治療のための医療用マイクロロボットであって、
カプセル型マイクロ構造体の後面と外周に付着し、病変を探していく移動性および認知性を有するバクテリアと、
前記マイクロ構造体の外部一側から血液サンプルを内部に採取する採取部と、
前記採取部で採取した血液サンプルが内部に流入すると、病変との反応を観察するために反応試薬を噴出する反応試薬部と、
前記血液サンプルおよび前記反応試薬を吸入して混合する混合部と、
前記血液サンプルと前記反応試薬との混合物を分析する診断部と、
前記診断部で分析された病変結果に基づいて処理方法を判断する制御部と、
前記制御部の指示に従い、薬品を流出させる薬品部と、
前記薬品部から流出した薬品を噴射するためのポンプによって、薬品を外部病変に伝達噴射する排出部とを含んでなる、病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットを提供する。
【００１３】
ここで、前記バクテリアは、自力で動く移動能力を有する鞭毛を備え、カプセル型マイクロ構造体の外周に付着させる。このようなバクテリアの移動性と認知性を用いて、マイクロロボットは、病変追跡によって病変に移動し、病変への薬物伝達とバクテリアの増殖で疾病を治療する。
【００１４】
また、前記バクテリアの特性を用いて病変に移動したマイクロロボットは、診断に応じて薬物を病変の表面に噴射して外部で治療し、前記バクテリアは、病変内で増殖させて内部で治療する。
【００１５】
本発明の他の観点によれば、移動性および認知性を有するバクテリアを用いてマイクロロボットが病変を探して移動する移動段階と、
前記マイクロロボットが前記バクテリアによって前記病変に位置したとき、採取部で血液サンプルを採取する採取段階と、
前記採取部で採取した血液サンプルが前記マイクロロボットの内部に流入すると、病変との反応を観察するために反応試薬部から反応試薬を噴出する試薬噴出段階と、
前記採取部からの血液サンプルと前記反応試薬部からの反応試薬とを混合部で吸入して混合する混合段階と、
前記混合部からの血液と反応試薬との混合物を診断部へ伝達して分析する診断段階と、
前記診断部で分析された病変結果に基づいて処理方法を制御部で判断し、制御信号を送る制御信号段階と、
前記制御部の制御信号に従い、薬品を薬品部から流出させる薬品流出段階と、
前記薬品部から流出した薬品を噴射するためのポンプによって、薬品を排出部を介して外部病変に伝達噴射する薬品排出段階とを含んでなる、検査および治療のための医療用マイクロロボットを用いた治療方法を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
上述した本発明によれば、バクテリアを用いたマイクロロボットは、バクテリアの多様な性質と遺伝子操作による特性の実現によって培養されるバクテリアを用いて、培養されたバクテリア２００を適切に活用するためのマイクロ構造体を製作し、バクテリアに結合されたマイクロロボットによって病変を認識して移動し、多様な方法（薬品伝達、ｓｉＲＮＡ、バクテリアを用いた治療）の治療機能を行うことができるという効果がある。
【００１７】
このようなマイクロロボットの技術を、遺伝子操作されたバクテリアを用いて向上させることにより、マイクロロボットの小型化を図ることができ、バクテリアの移動性および認知性によって駆動器およびセンサーを同時に具現することができるという効果がある。
【００１８】
また、制限されたバクテリア基盤のマイクロロボットは、既存の薬物を用いた治療に比べてバクテリアの移動性および認知性によって病変に直接到達して局部的に治療を行うことができ、薬物伝達による治療、ｓｉＲＮＡによる増殖抑制、およびバクテリア自体の治療機能を病変の外部と内部で同時に行うことができるという利点を持っている。よって、本発明のマイクロロボットは、標的治療に効果的な新規方法を提示することができるので、非常に有用な発明である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来の消化器官用マイクロロボットを示す図である。
【図２】従来の血管治療用マイクロロボットを示す図である。
【図３】本発明に係る病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットシステムを示す図である。
【図４】本発明に係る病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットを示す図である。
【図５】本発明に係る病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットを用いた作動方法を示すブロック図である。
【図６】本発明に係る病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットを用いた治療方法における、ｓｉＲＮＡ合成バクテリアを用いた癌組織増殖抑制マイクロ構造体を示す図である。
【図７】本発明に係る病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットを用いた治療方法における、薬品活性化酵素合成バクテリアを用いた薬物伝達マイクロ構造体を示す図である。
【図８】本発明に係る病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットを用いた治療方法における、ｓｉＲＮＡと薬品活性酵素合成バクテリアを用いたマイクロ構造体を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
一様態において、本発明は、自力で動く移動能力を有する鞭毛を備えたバクテリアをカプセル型マイクロ構造体の外周に付着させて構成したもので、バクテリアの移動性および認知性を用いて病変追跡によって病変に移動し、病変への薬物の伝達とバクテリアの増殖で疾病を治療することを特徴とする、病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットを提供する。
【００２１】
このようなマイクロロボットは、検査および治療のための医療用マイクロロボットであって、前記カプセル型マイクロ構造体と、前記マイクロ構造体の後面および外周に付着し、病変を探していく移動性および認知性を有するバクテリアとを含んでなる。
【００２２】
マイクロ構造体は、前記マイクロ構造体の外部一側から血液サンプルを内部に採取する採取部と、前記採取部で採取した血液サンプルが内部に流入すると、病変との反応を観察するために反応試薬を噴出する反応試薬部と、前記血液サンプルおよび前記反応試薬を吸入して混合する混合部と、前記血液サンプルと前記反応試薬との混合物を分析する診断部と、前記診断部で分析された病変結果に基づいて処理方法を判断する制御部と、前記制御部の指示に従い、薬品を流出させる薬品部と、前記薬品部から流出した薬品を噴射するためのポンプによって、薬品を外部病変に伝達噴射する排出部とを含んでなる。
【００２３】
他の様態において、本発明は、前記バクテリアによって病変に移動したマイクロロボットは診断に応じて薬物を病変の表面に噴射して外部で治療し、前記バクテリアは病変の内部で増殖して内部で治療することを含むことを特徴とする、病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットを提供する。
【００２４】
以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。これに先立ち、本明細書および請求の範囲に使用された用語または単語は、通常的且つ辞典的な意味で限定して解釈されてはならず、発明者は、自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に基づき、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されなければならない。
【００２５】
よって、本明細書に記載された実施例および図面に示された構成は、本発明の最も好適な一実施例に過ぎず、本発明の技術的思想を全て代弁するものではなく、本出願時点においてこれらを代替することが可能な各種均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。
【００２６】
図３は本発明に係る病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットシステムを示す図である。図示の如く、本発明に係るマイクロロボット４００は、バクテリア２００の駆動性、認知性、蛍光性および治癒性などを生かして構成したものである。
【００２７】
第一に、バクテリア２００は自体の鞭毛２０２を用いて自律移動することができる。第二に、バクテリア２００は環境または疾病を認知することができる。第三に、バクテリア２００は蛍光を発現する性質を有することができる。第四に、バクテリア２００は疾病（例えば、特定の癌）を治療する能力を有することができる。第五に、バクテリア２００は人体内免疫反応に鈍感であり得る。第六に、バクテリア２００は自己分裂によって個体数を増加させることができる。最後に、バクテリア２００は遺伝子操作によって前述の性質を持つように操作できる。
【００２８】
このようなバクテリア２００の特性を用いて、医療用に利用できるバクテリア２００基盤のマイクロロボット４００を構成することができる。
【００２９】
このように、本発明では、前述したバクテリア２００の特性を用いて鞭毛２０２の移動性を持って移動しながら、環境または疾病を認識する認知性を用いて病変を標的化して進むことができ、自体蛍光発現性を用いて、病変にマイクロロボット４００がどれほど標的化されたかを分析することができ、人体内免疫反応に鈍感であるうえ、病変で自己分裂によって増殖して疾病を自体的且つ間接的に治療することができる、バクテリア２００基盤のマイクロロボット４００を製作した。
【００３０】
すなわち、本発明のマイクロロボット４００は、自力で動く移動能力を有する鞭毛２０２を備えたバクテリア２００を、カプセル型マイクロ構造体３００の外周に付着させて構成したものであって、バクテリア２００の移動性および認知性を用いて病変追跡によって病変に移動し、病変への薬品３６３の伝達とバクテリア２００の増殖によって疾病を治療する。
【００３１】
図４は本発明に係る病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットを示す図である。図示の如く、マイクロロボット４００は、検査および治療のための医療用マイクロロボットであって、マイクロ構造体３００は、カプセル型をしており、後面と外周にはバクテリア２００が多数付着している。
【００３２】
ここで、マイクロロボット４００の外周に付着しているバクテリア２００は、病変を探していく移動性および認知性を有する。このようにバクテリア２００を外周に付着させたマイクロロボット４００は、マイクロ構造体３００の外部一側に位置し、血液サンプルを内部に採取する採取部３１０、および採取部３１０の一側に位置し、採取部３１０で採取した血液サンプルが内部に流入すると、病変との反応を観察するために反応試薬を噴出する反応試薬部３２０を含んで構成される。
【００３３】
また、マイクロロボット４００は、採取部３１０からの血液サンプルと反応試薬部３２０からの反応試薬を吸入して混合する混合部３３０、前記血液サンプルと反応試薬との混合物を分析する診断部３４０、診断部３４０で分析された病変結果に基づいて処理方法を判断する制御部３５０、および制御部３５０の指示に従い、病変に薬品３６２を流出させる薬品部３６０を含んで構成される。
【００３４】
また、マイクロロボット４００は、薬品部３６０から流出した薬品３６２を噴射するためのポンプ３７０によって、薬品を外部病変に伝達する排出部３８０をさらに含んで構成される。
【００３５】
このように構成されたマイクロロボット４００は、自力で動く移動能力を有する鞭毛付きバクテリア２００をカプセル型のマイクロ構造体３００の外周に付着させて構成することにより、バクテリア２００の移動性および認知性を用いて病変追跡によって病変に移動し、前記病変への薬品３６２の伝達およびバクテリア２００の増殖によって疾病を治療する。
【００３６】
この際、バクテリア２００は、多くのバクテリア２００の鞭毛２０２といわれるコークスクリュー(corkscrew)のような尾部を回転させて流体内で自ら動く移動性を有する。このような鞭毛は約２０ｎｍの直径および約１０，０００ｎｍの長さを有する。
【００３７】
しかも、自体の鞭毛２０２を用いて自律移動することが可能なバクテリア２００は、培養液内の化学的エネルギーを用いて鞭毛の機械的な運動を実現することができる。
【００３８】
このような運動性は、バクテリア２００基盤のマイクロロボット４００の駆動力として利用できる。基本的にバクテリア２００の菌株を選定するにおいて、このような運動性に優れた菌株を選定し、遺伝子操作によってもこのような運動性を増加させることができる。
【００３９】
この際、マイクロロボット４００の外周に付着するバクテリア２００を、遺伝子操作によって、免疫反応に強いバクテリアに変異させることにより、人体内細胞攻撃に対して鈍感にする。人体内細胞攻撃に対して鈍感になったバクテリア２００は、病変までマイクロロボット４００を安全に移動させる移動性を持たせる。
【００４０】
すなわち、バクテリア２００を人体内免疫反応に対して鈍感となるように遺伝子操作して病変まで安全に移動させる。バクテリア２００は、人体内免疫反応を誘導するマクロファージによって敏感に反応して除去される傾向がある。バクテリア２００の遺伝子操作によって、このような免疫反応に鈍感なバクテリア２００を製造することにより、バクテリア２００が、免疫反応に鈍感であって強靭な特性を持たせる。
【００４１】
このような特性を有するバクテリア２００をマイクロ構造体４００の外部に付着させて移動性を持たせることにより、免疫反応に鈍感でありながらも移動性を有するマイクロロボットに製作することができる。
【００４２】
また、バクテリア２００の認知性により、バクテリア２００は環境または疾病を認識することが可能な能力を持つことができる。バクテリア２００は、走化性、走光性、走磁性、走気（嫌気）性などの特性を有する。このような特性は、バクテリア２００が病変を認識することに主に使用でき、バクテリア２００の運動性を制御することにも使用できる。
【００４３】
特に、走化性の場合には、バクテリア２００が病変を追跡する特徴を用いて、向後、バクテリア２００基盤のマイクロロボット４００が病変への薬品３６２の伝達および治療に応用できる。
【００４４】
また、マイクロロボット４００を移動させるバクテリア２００の蛍光性により、マイクロロボット４００が人体における位置と病変に到達したかを把握することが可能である。
【００４５】
すなわち、バクテリア２００は、蛍光を発現する性質を持つことができる。バクテリア２００の中には、蛍光を発現するバクテリア２００がある。このような蛍光発現は遺伝子操作によって実現できる。
【００４６】
このような蛍光特性によっては、人体の外部で蛍光を発現するバクテリア２００の位置を測定してバクテリア２００の移動経路および特定の疾病を追跡する追跡性能を確認することができる。
【００４７】
マイクロロボット４００の外周に付着して病変に到着したバクテリア２００は、自己分裂によって自分の個体数を幾何級数的に増加させることができるため、自体的な増殖によって多くの個体数に増加させて病変治療機能を発現することができる。
【００４８】
すなわち、バクテリア２００は、自己分裂によって個体数を増加させることができるもので、非常に少ない個体のバクテリア２００がマイクロロボット４００と共に病変に伝達されるとしても、自体的な増殖によって多くの個体数に増加してその治療機能を発現することができるという特徴を持っている。
【００４９】
また、バクテリア２００を用いたマイクロロボット４００の製造においても、自体増殖によってバクテリア２００の個体を増加させることにより、所望のバクテリア２００の量を容易に確保することができるという利点を持っている。
【００５０】
バクテリア２００によって病変に移動したマイクロロボット４００の診断部３４０における診断に応じて、薬品３６２を病変の表面に噴射して外部で治療する。バクテリア２００は、病変の内部で増殖して内部で治療する。
【００５１】
ここで、バクテリア２００は、疾病（例えば、特定の癌）を治療する能力を持っているため、癌細胞集団が特異的に発現する化学的物質を追跡する。
【００５２】
上述したように、バクテリア２００は人体内でマクロファージから攻撃を受けて死んでしまうが、癌細胞の内部はバクテリア２００が安全な空間であって、バクテリア２００が増殖できる環境として知られている。よって、癌細胞の内部でバクテリア２００が増殖することにより、癌細胞自体の大きさが減少して治療がなされる。
【００５３】
バクテリア２００は遺伝子操作によって様々な特性を基本的に持っている。このようなバクテリア２００の特性は遺伝子操作によって活性化または非活性化できる。
【００５４】
また、バクテリア２００の幾つかの特性は、遺伝子操作によってさらに与えられる特性になる。バクテリア２００の特性は、遺伝子操作技術によって１種のバクテリア２００を同時に実現することができる。よって、このように操作されたバクテリア２００はマイクロロボット４００の製作に使用できるという利点を持つことができる。
【００５５】
図５に示すように、検査および治療のための医療用マイクロロボットを用いた作動方法では、移動性および認知性を有するバクテリア２００によってマイクロロボット４００が病変を探して移動する（Ｓ１０）。
【００５６】
次に、バクテリア２００によって病変に位置すると、マイクロロボット４００の採取部３１０では血液サンプルを内部に採取する（Ｓ２０）。
【００５７】
採取部３１０で採取した血液サンプルが内部に流入すると、病変との反応を観察するために反応試薬部３２０から反応試薬を噴出する（Ｓ３０）。
【００５８】
採取部３１０からの血液サンプルと反応試薬部３２０からの反応試薬とを混合部３３０で吸入して混合し（Ｓ４０）、混合部３３０から血液サンプルと反応試薬との混合物を診断部３４０に伝達して診断分析する（Ｓ５０）。
【００５９】
その後、診断部３４０で分析された病変結果に基づいて、制御部３５０では処理方法を判断して指示する制御信号を送る（Ｓ６０）。
【００６０】
制御部３５０の指示に従い、病変に薬品３６２を薬品部３６０から流入させると（Ｓ７０）、薬品部３６０から流出した薬品３６２を噴射するためのポンプ３７０によって、薬品を排出部３８０を介して外部病変に排出噴射する（Ｓ８０）。
【００６１】
すなわち、バクテリア２００を用いたマイクロロボット４００は、多様な種類のバクテリア２００を用いて治療機能を実現しようとする構造を持つ。
【００６２】
このような移動性および認知性を持っているバクテリア２００を用いて移動するマイクロロボット４００は、移動性および調整性能を実現することができる。バクテリア２００を用いたポンプ３７０および混合部３３０を応用して周辺の環境（血液）を採取し、反応試薬と混合して病変を確認する。マイクロ流体構造によって分析された信号は、薬品３６２排出の制御信号になる。この制御信号に従い、バクテリア２００を用いたポンプ３７０によって薬品３６２を周辺に伝達する。
【００６３】
しかも、マイクロロボット４００のバクテリア２００は、病変の内部で増殖して治療機能を行うことができる。
【００６４】
本発明の一実施例において、病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボット４００を用いた治療方法は、マイクロロボット４００に付着し且つ遺伝子操作によって変形されたバクテリア２００を病変へまで移動させ、バクテリア２００を病変の内部で増殖させで治療機能を行う。
【００６５】
図６はバクテリア２００が遺伝子操作されたｓｉＲＮＡバクテリア２１０を用いた癌組織増殖方法を示す。この方法は次のように実現できる。まず、前記ｓｉＲＮＡ合成が可能な遺伝子をバクテリア２００に挿入してｓｉＲＮＡバクテリア２１０を培養する。ｓｉＲＮＡバクテリア２１０をマイクロ構造体３００のチャンバ３９２内に保護し、合成されたｓｉＲＮＡバクテリア２１０のみをチャネルを介して外部に分泌することが可能なマイクロ構造体３００を製作する。ｓｉＲＮＡバクテリア２１０は、マイクロ構造体３００によってマクロファージから攻撃を受けなくなる。
【００６６】
このような合成ｓｉＲＮＡバクテリア２１０を用いたマイクロ構造体３００の外部にバクテリア２００を付着させて病変に移動させ、病変の近くでは合成ｓｉＲＮＡバクテリア２１０によって生成されたｓｉＲＮＡを外部に分泌することにより、病変を治療することができる。
【００６７】
図７は酵素合成バクテリア２２０を用いて病変に薬品３６２を伝達する方法を示す。一般に、抗癌剤は、毒性が強くて全身投与の際に副作用が大きい。
【００６８】
このような薬物に異なる分子を結合させて化学的に不活性させた後、安全に癌細胞の周辺にまで移動させ、癌細胞の周辺でこの結合を断ち切って薬物を活性化させることにより、癌細胞にのみ選択的に高濃度で伝達する。
【００６９】
このように、図７における第１チャンバ３９４には、化学的不活性化のための分子を壁に固定させた後、この分子に薬物を結合させる。この薬物を活性化させる酵素の合成が可能な酵素合成バクテリア２２０を培養する。培養された酵素合成バクテリア２２０を第２チャンバ３９６に入れる。
【００７０】
このように構成されたマイクロ構造体３００の外部にバクテリア２００を付着させて病変に移動させ、病変の近くでマイクロ弁３９８を開く。
【００７１】
すると、第２チャンバ３９６で合成された酵素合成バクテリア２２０が第１チャンバ３９４に移動し、不活性化された非活性物質(prodrug)を薬品(drug)３６２で活性化させる。最後に、チャネルを介して薬品３６２がマイクロ構造体３００の外部に放出されて伝達される。ここで、マイクロ構造体３００は、酵素合成バクテリア２２０を食作用から保護し、バクテリア２００と薬物のチャンバ役割、並びに酵素および薬物伝達の通路であるチャネル役割を果たす。
【００７２】
この際、ｓｉＲＮＡと酵素合成バクテリア２２０を同時に用いる方法で、図８に示すように、まず、ｓｉＲＮＡと活性化酵素を同時に合成することが可能なバクテリア２００を遺伝子操作によって製作し培養する。
【００７３】
この際、分泌される酵素は前述した薬品３６２の活性化に用いられ、分泌されたｓｉＲＮＡは癌組織の増殖抑制に活用される。このように構成されたマイクロ構造体３００の外部にバクテリア２００を付着させて病変へ移動させ、病変の近くでマイクロ弁３９８を開く。この方法はｓｉＲＮＡによる癌組織増殖抑制、薬物による癌細胞治療、および病変の内部におけるバクテリア増殖による治療の３つの性能を同時に実現することができるという特徴を持つ。
【００７４】
すなわち、マイクロロボット４００の外部にバクテリア２００を付着させて病変に移動させながら、マイクロロボット４００の内部に形成された第１チャンバ３９４に化学的不活性化のための分子薬品３６２を蓄え、第２チャンバ３９６にｓｉＲＮＡと酵素合成バクテリア２２０を蓄えて、病変の近くでマイクロ弁３９８を開くことにより、第２チャンバ３９６からｓｉＲＮＡと酵素合成バクテリア２２０を第１チャンバ３９４に移動させ、不活性化された非活性物質を薬品３６２で活性化させて、薬品３６２をマイクロ構造体３００の外部へ放出させて病変を治療する。
【００７５】
このような本発明のマイクロロボット４００は、疾病の治療を担当する薬品３６２で表面を処理し、その上にバクテリア２００を適切に付着させることにより構成される。
【００７６】
マイクロロボット４００は、バクテリア２００の移動性および認知性を用いて病変まで移動し、薬品３６２を病変に伝達することにより病変を治療する。
【００７７】
また、前記バクテリアの蛍光性によって、マイクロロボットが何処に位置しているかを測定することにより、病変に正確に到達したかを把握することができる。
【００７８】
病変に到達したバクテリア２００、およびマイクロロボット４００から噴射される薬品３６２は、病変の表面で病変を治療する。この際、バクテリア２００が病変の内部に入り込むと、バクテリア２００が内部で増殖しながら病変を内部で治療する。したがって、薬品３６２は病変の外部で、バクテリア２００は病変の内部で一緒に治療する機能を行うことができる。
【００７９】
このように、本発明の病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットは、環境または疾病を認識するバクテリア２００の認知性を用いて病変を標的化して移動することができ、自体蛍光発現性を用いて、病変にマイクロロボット４００がどれほど標的化されたかを分析することができ、人体内免疫反応に対して鈍感であるうえ、自己分裂して増殖することができ、疾病に対する自体的且つ間接的な治療能力を持っている。
【００８０】
バクテリア２００を用いたマイクロロボット４００は、バクテリア２００の多様な性質と遺伝子操作による特性の実現によって培養されるバクテリア２００を用いて、培養されたバクテリア２００を適切に活用するためのマイクロ構造体３００を製作し、バクテリア２００に結合されたマイクロロボット４００によって病変を認識して移動し、多様な方法（薬物伝達、ｓｉＲＮＡ、バクテリアを用いた治療）の治療機能を行うことができるという効果がある。
【００８１】
マイクロロボット４００の技術は、遺伝子操作されたバクテリア２００を用いて向上させることにより、マイクロロボット４００の小型化を図ることができ、バクテリア２００の移動性および認知性によって駆動器およびセンサーを同時に具現することができるという効果がある。
【００８２】
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、当業者であれば、添付した請求の範囲および本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変形、追加または置換を加え得ることを理解するであろう。
【符号の説明】
【００８３】
２００ バクテリア
２０２ 鞭毛
２１０ ｓｉＲＮＡバクテリア
２２０ 酵素合成バクテリア
３００ マイクロ構造体
３１０ 採取部
３２０ 反応試薬部
３３０ 混合部
３４０ 診断部
３５０ 制御部
３６０ 薬品部
３６２ 薬品
３７０ ポンプ
３８０ 排出部
３９２ チャンバ
３９４ 第１チャンバ
３９６ 第２チャンバ
３９８ マイクロ弁
４００ マイクロロボット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査および治療のための医療用マイクロロボットにおいて、
自力で動く移動能力を有する鞭毛（２０２）を備えたバクテリア（２００）を、カプセル型マイクロ構造体（３００）の外周に付着させて構成することにより、バクテリア（２００）の移動性および認知性を用いて病変追跡によって病変に移動し、前記病変への薬物（３６２）の伝達およびバクテリア（２００）の増殖で疾病を治療することを特徴とする、病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボット。
【請求項２】
前記マイクロロボット（４００）は、
カプセル型マイクロ構造体（３００）の後面と外周に付着し、病変を探していく移動性および認知性を有するバクテリア（２００）と、
前記マイクロ構造体（３００）の外部一側に位置し、血液サンプルを内部に採取する採取部（３１０）と、
前記採取部（３１０）で採取した血液サンプルが内部に流入すると、病変との反応を観察するために反応試薬を噴出する反応試薬部（３２０）と、
前記血液サンプルおよび前記反応試薬を吸入して混合する混合部（２２０）と、
前記血液サンプルと前記反応試薬との混合物を分析する診断部（３４０）と
前記診断部（３４０）で分析された病変結果に基づいて処理方法を判断する制御部（３５０）と、
前記制御部の指示に従い、薬品を流出させる薬品部（３６０）と、
前記薬品部（３６０）から流出した薬品を噴射するためのポンプ（３７０）によって、薬品を外部病変に伝達噴射する排出部（３８０）とを含んでなることを特徴とする、請求項１に記載の病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボット。
【請求項３】
前記マイクロ構造体（３００）の外周に付着するバクテリア（２００）を、遺伝子操作によって、免疫反応に強いバクテリアに変異させることにより、人体内細胞攻撃にもかかわらず、病変へまでマイクロロボット（４００）を安全に移動させる移動性を確保することを特徴とする、請求項２に記載の病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボット。
【請求項４】
前記マイクロロボット（４００）を移動させるバクテリア（２００）の蛍光性によって、前記マイクロロボット（４００）の人体内における位置を検出し且つ前記マイクロロボット（４００）が病変に到達したか否かを把握することができることを特徴とする、請求項２に記載の病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボット。
【請求項５】
前記マイクロロボット（４００）の外周に付着して病変に到着したバクテリア（２００）は、自己分裂によって自分の個体数を幾何級数的に増加させることができるため、自体的な増殖によって多くの個体数に増加して病変治療機能を発現することができることを特徴とする、請求項２に記載の病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボット。
【請求項６】
前記バクテリア（２００）によって病変に移動したマイクロロボットは、診断に応じて薬品を病変の表面に噴射して外部で治療し、前記バクテリアは、病変の内部で増殖させて内部で治療することを特徴とする、請求項２に記載の病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボット。
【請求項７】
検査および治療のための医療用マイクロロボットの作動方法において、
移動性および認知性を有するバクテリア（２００）によってマイクロロボット（４００）が病変を探して移動する移動段階（Ｓ１０）と、
前記マイクロロボット（４００）が前記バクテリア（２００）によって前記病変に位置したとき、採取部（３１０）で血液サンプルを採取する採取段階（Ｓ２０）と、
前記採取部（３１０）で採取した血液サンプルが前記マイクロロボット（４００）の内部に流入すると、病変との反応を観察するために反応試薬部（３２０）から反応試薬を噴出する試薬噴出段階（Ｓ３０）と、
前記採取部（３１０）からの血液サンプルと前記反応試薬部（３２０）からの反応試薬を混合部（３３０）で吸入して混合する混合段階（Ｓ４０）と、
前記混合部（３３０）からの血液と反応試薬との混合物を診断部（３４０）へ伝達して分析する診断段階（Ｓ５０）と、
前記診断部（３４０）で分析された病変結果に基づいて処理方法を制御部（３５０）で判断し、制御信号を送る制御信号段階（Ｓ６０）と、
前記制御部（３５０）の制御信号に従い、薬品（３６２）を薬品部（３６０）から流出させる薬品流出段階（Ｓ７０）と、
前記薬品部（３６０）から流出した薬品を噴射するためのポンプ（３７０）によって、薬品を排出部（３８０）を介して外部病変に伝達噴射する薬品排出段階（Ｓ８０）とを含んでなることを特徴とする、病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットの作動方法。
【請求項８】
検査および治療のための医療用マイクロロボットを用いた治療方法において、
マイクロロボット（４００）に付着し且つ遺伝子操作によって変形されたバクテリア（２００）を病変にまで移動させ、病変の内部で前記バクテリア（２００）を増殖させて内部治療機能を行うことを特徴とする、病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットを用いた治療方法。
【請求項９】
前記マイクロロボット（４００）の外部に前記バクテリア（２００）を付着させて病変に移動させながら、前記マイクロロボット（４００）の内部チャンバ（３９２）にｓｉＲＮＡバクテリア（２１０）を蓄えることにより、病変の近くで合成ｓｉＲＮＡバクテリア（２１０）により生成されたｓｉＲＮＡを外部に分泌して病変を治療することを特徴とする、請求項８に記載の病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットを用いた治療方法。
【請求項１０】
前記マイクロロボット（４００）の外部に前記バクテリア（２００）を付着させて病変に移動させながら、前記マイクロロボット（４００）の内部に形成された第１チャンバ（３９４）に化学的不活性化のための分子薬品（３６２）を蓄え、第２チャンバ（３９６）に酵素合成バクテリア（２２０）を蓄えることにより、病変の近くでマイクロ弁（３９８）を開いて、前記第２チャンバ（３９６）から合成された酵素合成バクテリア（２２０）を第１チャンバ（３９４）に移動させ、不活性化された非活性物質を薬品（３６２）で活性化させて、前記薬品（３６２）をマイクロ構造体（３００）の外部へ放出させて病変を治療することを特徴とする、請求項８に記載の病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットを用いた治療方法。
【請求項１１】
前記マイクロロボット（４００）の外部に前記バクテリア（２００）を付着させて病変に移動させながら、前記マイクロロボット（４００）の内部に形成された第１チャンバ（３９４）に化学的不活性化のための分子薬品（３６２）を蓄え、第２チャンバ（３９６）にｓｉＲＮＡと酵素合成バクテリア（２２０）を蓄えることにより、病変の近くでマイクロ弁（３９８）を開いて、前記第２チャンバ（３９６）からｓｉＲＮＡと酵素合成バクテリアを第１チャンバ（３９４）に移動させ、不活性化された非活性物質を薬品（３６２）で活性化させて、前記薬品（３６２）をマイクロ構造体（３００）の外部へ放出させて病変を治療することを特徴とする、請求項８に記載の病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットを用いた治療方法。
【請求項１】
検査および治療のための医療用マイクロロボットにおいて、
自力で動く移動能力を有する鞭毛（２０２）を備えたバクテリア（２００）を、カプセル型マイクロ構造体（３００）の外周に付着させて構成することにより、バクテリア（２００）の移動性および認知性を用いて病変追跡によって病変に移動し、前記病変への薬物（３６２）の伝達およびバクテリア（２００）の増殖で疾病を治療することを特徴とする、病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボット。
【請求項２】
前記マイクロロボット（４００）は、
カプセル型マイクロ構造体（３００）の後面と外周に付着し、病変を探していく移動性および認知性を有するバクテリア（２００）と、
前記マイクロ構造体（３００）の外部一側に位置し、血液サンプルを内部に採取する採取部（３１０）と、
前記採取部（３１０）で採取した血液サンプルが内部に流入すると、病変との反応を観察するために反応試薬を噴出する反応試薬部（３２０）と、
前記血液サンプルおよび前記反応試薬を吸入して混合する混合部（２２０）と、
前記血液サンプルと前記反応試薬との混合物を分析する診断部（３４０）と
前記診断部（３４０）で分析された病変結果に基づいて処理方法を判断する制御部（３５０）と、
前記制御部の指示に従い、薬品を流出させる薬品部（３６０）と、
前記薬品部（３６０）から流出した薬品を噴射するためのポンプ（３７０）によって、薬品を外部病変に伝達噴射する排出部（３８０）とを含んでなることを特徴とする、請求項１に記載の病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボット。
【請求項３】
前記マイクロ構造体（３００）の外周に付着するバクテリア（２００）を、遺伝子操作によって、免疫反応に強いバクテリアに変異させることにより、人体内細胞攻撃にもかかわらず、病変へまでマイクロロボット（４００）を安全に移動させる移動性を確保することを特徴とする、請求項２に記載の病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボット。
【請求項４】
前記マイクロロボット（４００）を移動させるバクテリア（２００）の蛍光性によって、前記マイクロロボット（４００）の人体内における位置を検出し且つ前記マイクロロボット（４００）が病変に到達したか否かを把握することができることを特徴とする、請求項２に記載の病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボット。
【請求項５】
前記マイクロロボット（４００）の外周に付着して病変に到着したバクテリア（２００）は、自己分裂によって自分の個体数を幾何級数的に増加させることができるため、自体的な増殖によって多くの個体数に増加して病変治療機能を発現することができることを特徴とする、請求項２に記載の病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボット。
【請求項６】
前記バクテリア（２００）によって病変に移動したマイクロロボットは、診断に応じて薬品を病変の表面に噴射して外部で治療し、前記バクテリアは、病変の内部で増殖させて内部で治療することを特徴とする、請求項２に記載の病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボット。
【請求項７】
検査および治療のための医療用マイクロロボットの作動方法において、
移動性および認知性を有するバクテリア（２００）によってマイクロロボット（４００）が病変を探して移動する移動段階（Ｓ１０）と、
前記マイクロロボット（４００）が前記バクテリア（２００）によって前記病変に位置したとき、採取部（３１０）で血液サンプルを採取する採取段階（Ｓ２０）と、
前記採取部（３１０）で採取した血液サンプルが前記マイクロロボット（４００）の内部に流入すると、病変との反応を観察するために反応試薬部（３２０）から反応試薬を噴出する試薬噴出段階（Ｓ３０）と、
前記採取部（３１０）からの血液サンプルと前記反応試薬部（３２０）からの反応試薬を混合部（３３０）で吸入して混合する混合段階（Ｓ４０）と、
前記混合部（３３０）からの血液と反応試薬との混合物を診断部（３４０）へ伝達して分析する診断段階（Ｓ５０）と、
前記診断部（３４０）で分析された病変結果に基づいて処理方法を制御部（３５０）で判断し、制御信号を送る制御信号段階（Ｓ６０）と、
前記制御部（３５０）の制御信号に従い、薬品（３６２）を薬品部（３６０）から流出させる薬品流出段階（Ｓ７０）と、
前記薬品部（３６０）から流出した薬品を噴射するためのポンプ（３７０）によって、薬品を排出部（３８０）を介して外部病変に伝達噴射する薬品排出段階（Ｓ８０）とを含んでなることを特徴とする、病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットの作動方法。
【請求項８】
検査および治療のための医療用マイクロロボットを用いた治療方法において、
マイクロロボット（４００）に付着し且つ遺伝子操作によって変形されたバクテリア（２００）を病変にまで移動させ、病変の内部で前記バクテリア（２００）を増殖させて内部治療機能を行うことを特徴とする、病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットを用いた治療方法。
【請求項９】
前記マイクロロボット（４００）の外部に前記バクテリア（２００）を付着させて病変に移動させながら、前記マイクロロボット（４００）の内部チャンバ（３９２）にｓｉＲＮＡバクテリア（２１０）を蓄えることにより、病変の近くで合成ｓｉＲＮＡバクテリア（２１０）により生成されたｓｉＲＮＡを外部に分泌して病変を治療することを特徴とする、請求項８に記載の病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットを用いた治療方法。
【請求項１０】
前記マイクロロボット（４００）の外部に前記バクテリア（２００）を付着させて病変に移動させながら、前記マイクロロボット（４００）の内部に形成された第１チャンバ（３９４）に化学的不活性化のための分子薬品（３６２）を蓄え、第２チャンバ（３９６）に酵素合成バクテリア（２２０）を蓄えることにより、病変の近くでマイクロ弁（３９８）を開いて、前記第２チャンバ（３９６）から合成された酵素合成バクテリア（２２０）を第１チャンバ（３９４）に移動させ、不活性化された非活性物質を薬品（３６２）で活性化させて、前記薬品（３６２）をマイクロ構造体（３００）の外部へ放出させて病変を治療することを特徴とする、請求項８に記載の病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットを用いた治療方法。
【請求項１１】
前記マイクロロボット（４００）の外部に前記バクテリア（２００）を付着させて病変に移動させながら、前記マイクロロボット（４００）の内部に形成された第１チャンバ（３９４）に化学的不活性化のための分子薬品（３６２）を蓄え、第２チャンバ（３９６）にｓｉＲＮＡと酵素合成バクテリア（２２０）を蓄えることにより、病変の近くでマイクロ弁（３９８）を開いて、前記第２チャンバ（３９６）からｓｉＲＮＡと酵素合成バクテリアを第１チャンバ（３９４）に移動させ、不活性化された非活性物質を薬品（３６２）で活性化させて、前記薬品（３６２）をマイクロ構造体（３００）の外部へ放出させて病変を治療することを特徴とする、請求項８に記載の病変治療用バクテリア基盤のマイクロロボットを用いた治療方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６（ａ）】
【図６（ｂ）】
【図７（ａ）】
【図７（ｂ）】
【図７（ｃ）】
【図８（ａ）】
【図８（ｂ）】
【図８（ｃ）】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６（ａ）】
【図６（ｂ）】
【図７（ａ）】
【図７（ｂ）】
【図７（ｃ）】
【図８（ａ）】
【図８（ｂ）】
【図８（ｃ）】
【公表番号】特表２０１１−５０１６８５（Ｐ２０１１−５０１６８５Ａ）
【公表日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５３５８９４（Ｐ２０１０−５３５８９４）
【出願日】平成２０年１２月３０日（２００８．１２．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２００８／００７７６９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０５０６４９
【国際公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【出願人】（３０８０２６８６１）インダストリー ファウンデーション オブ チョンナム ナショナル ユニバーシティー (9)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月３０日（２００８．１２．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＫＲ２００８／００７７６９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０５０６４９
【国際公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【出願人】（３０８０２６８６１）インダストリー ファウンデーション オブ チョンナム ナショナル ユニバーシティー (9)
【Ｆターム（参考）】
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